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延長鋰電池壽命及安全使用方法

時間:2015-01-13 21:18:59來源:原創(chuàng) 作者:admin 點(diǎn)擊:

延長鋰電池壽命及安全使用方法

   正確使用鋰電池是保證電池使用壽命的主要原因,電池的保護(hù)設(shè)施也是必要的硬件設(shè)施,相關(guān)的內(nèi)容太多,下面將一一講述:

理論上來講,動力多串電池保護(hù)板已經(jīng)沒有太多的電子技術(shù)含量了,比如電路軟件,有太多的選擇。其主要是把保護(hù)部分如何做到穩(wěn)定,可靠,更安全,更實(shí)用,當(dāng)然價格也是其中之一。想要真正的想把它做好,那是一件非常細(xì)心而又漫長的輪回工作。要按經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)值的占比比值的話,技術(shù)只占20% 。經(jīng)驗(yàn)要占到80% 。做好動力電池保護(hù)板沒有個三五年的經(jīng)驗(yàn),還是有困難的。當(dāng)然做好與能做是兩回事。為什么會有這樣的結(jié)論呢?這是有依據(jù)的。說實(shí)話,保護(hù)板的方案電路并不,只要在電池電子行業(yè)工作了一兩年,設(shè)計(jì)個電路與抄襲人家一個電路不是什么難事。比如:多串動力電池他主要是高電壓,大電流,高內(nèi)阻工作(微電流),電池包工作環(huán)境的考量等等,這都牽扯到多年的電子專業(yè)綜合經(jīng)驗(yàn)。大到要對整個PACK的了解,小到一個電阻,電容或晶體管的選型,或是布板時的注意細(xì)節(jié)。總的一句話,保護(hù)板主要是穩(wěn)定,可靠,安全的保護(hù)電池組,保證電池組的正常安全使用或使用得更久,添加的特有技術(shù)與功能,都是浮云。下面我們來討論一下。


  動力電池保護(hù)板,顧名思義,它是用來保護(hù)電池不讓損壞與延長電池的使用壽命。而且它只在電池出現(xiàn)極端問題的下作出最穩(wěn)定最有效的保護(hù)防止出現(xiàn)意外。平時不應(yīng)該動作,當(dāng)然,監(jiān)視工作是要的,就像我們的家用電器中的保險絲或保險開關(guān)一樣。這是本文討論分析的宗旨。
  保護(hù)項(xiàng)目及注意事項(xiàng)
  1.電壓保護(hù):過充,過放,這要根據(jù)電池的材料不同而有所改變,這點(diǎn)看似簡單,但要細(xì)節(jié)上來看,還是有經(jīng)驗(yàn)學(xué)問的。
  過充保護(hù),在我們以往的單節(jié)電池保護(hù)電壓都會高出電池充飽電壓50~150mV。但是動力電池不一樣,你要想延長電池壽命,你的保護(hù)電壓就選擇電池的充飽電壓,甚至還要比此電壓還低些。比如錳鋰電池,可以選擇4.18V~4.2V。它是多串?dāng)?shù)的,整個電池組的壽命容量主要是以容量最低的那顆電池以準(zhǔn),小容的總是在大電流高電壓工作,衰減加快。而大容量每次都是輕充輕放,自然衰減要慢得多了。讓小容量的電池也是輕充輕放,過充保護(hù)電壓點(diǎn)不要選擇太高。保護(hù)延時可以做到1S,防止脈沖的影響從而保護(hù)。
  過放保護(hù),也是與電池的材料有關(guān),如錳鋰電池選擇在2.8V~3.0V。盡量要比它單顆電池過放的電壓稍高點(diǎn)。,在國內(nèi)生產(chǎn)的電池,電池電壓低于3.3V后,各顆電池的放電特性不一,是提前保護(hù)電池,這樣對電池的壽命是一個很好的保護(hù)。
  總的一點(diǎn)盡量讓每一顆電池都工作在輕充輕放下工作,是對電池的壽命是一個幫助。
  過放保護(hù)延滯時間,它要根據(jù)負(fù)載的不同而有所改變,比如電動工具類的,他的啟動電流都在10C,會在短時間內(nèi)把電池的電壓拉到過放電壓點(diǎn)從而保護(hù)。無法讓電池工作。這是值得注意的地方。
  MOS管的損壞主要是溫度急劇升高,它的發(fā)熱也是電流的大小及 本身的內(nèi)阻來決定的,當(dāng)然小電流,對MOS沒什么影響,但是大電流呢,就要好好做些了, 在通過額定電流時,小電流10A以下,我們可以直接用電壓來驅(qū)動MOS管。大電流,是要加驅(qū)動,給MOS足夠大的驅(qū)動電流。以下在MOS管驅(qū)動有講到工作電流,在設(shè)計(jì)的時候,MOS管上不能存在超過0.3W的功率。計(jì)算工式:I2*R/N。R為MOS的內(nèi)阻,N為MOS的數(shù)量。功率超過,MOS會產(chǎn)生25度的溫升,又因都是密封的,就算有散熱片,長時間工作時,溫度還是會上去,他沒地方可散熱。當(dāng)然MOS管是沒問題,問題是他產(chǎn)生熱量會影響到電池,畢竟保護(hù)板是與電池放在一起的。
  2.過流保護(hù)(最大電流),此項(xiàng)是保護(hù)板必不可少的,非常關(guān)鍵的一個保護(hù)參數(shù)。保護(hù)電流的大小與MOS的功率息息相關(guān),在設(shè)計(jì)時,要盡量給出MOS能力的余量。在布板的時候,電流檢測點(diǎn)要選好,不能只接通就行,這經(jīng)驗(yàn)值。建議接在檢測電阻的端。還要注意電流檢測端的干擾問題,它的信號受到干擾。
  過流保護(hù)延時,它也是要根不同的產(chǎn)品做相應(yīng)的。在此不多說了。
  3.短路保護(hù):嚴(yán)格來講,他是一個電壓比較型的保護(hù),也講是用電壓的比較直接關(guān)斷或驅(qū)動的,不要多余的。
  短路延時的設(shè)置也很關(guān)鍵,在我們的產(chǎn)品中,輸入濾波電容都是很大的,在接觸時第一時間給電容充電,就相當(dāng)于電池短路來給電容充電。
  4. 溫度保護(hù):智能電池上都會用到,也是不可少的。但往往它的完美總會帶來另一的不足。我們主要是檢測電池的溫度來斷開總開關(guān)來保護(hù)電池本身或負(fù)載。是在一個恒定的環(huán)境條件下,當(dāng)然不會有什么問題。電池的工作環(huán)境是我們不可控的,太多太的變化,不好選擇。如在北方的冬天,我們定在多少合適?又如夏天的南方地區(qū),又定多少合適?顯然范圍太寬不可控的因素太多,仁者見仁,智者見智的去選擇了。
  5.MOS保護(hù):主要是MOS的電壓,電流與溫度。當(dāng)然牽扯到MOS管的選型了。MOS的耐壓當(dāng)然要超過電池組的電壓,這是的。電流講的是在通過額定電流時MOS管體上的溫升了不超過25度的溫升,個人經(jīng)驗(yàn)值,只供參考。
  MOS 的驅(qū)動,也許會有的人會講,我有用低內(nèi)阻大電流的MOS管,但為何還有蠻高的溫度?這是MOS管的驅(qū)動部分沒有做好,驅(qū)動MOS要有足夠大的電流,具體多大的驅(qū)動電流,要根據(jù)功率MOS管的輸入電容來定。,的過流與短路驅(qū)動都不能用芯片直接驅(qū)動,要外加。在大電流(超過50A)工作時,要做到多級多路驅(qū)動,才能保證MOS的同一時間同一電流正常打開與關(guān)閉。MOS管有一個輸入電容, MOS管功率,電流越大,輸入電容也就越大,沒有足夠的電流,不會在短時間做出完整的控制。尤其是電流超過50A時,電流設(shè)計(jì)上更要細(xì)化,要做到多級多路驅(qū)動控制。這樣才能保證MOS的正常過流與短路保護(hù)。
  MOS電流平衡,主要講的是多顆MOS并起來用時,要讓每一顆MOS管通過的電流,打開與關(guān)閉時間都是一致的。這就要在畫板入手了,的輸入輸出要對稱,要保證每一個管子通過的電流是一致這才是目的。
  6. 自耗電量, 參數(shù)是越小越好,最理想的是為零,但不做到這一點(diǎn)。人人都想把參數(shù)做小,有人的要求更低,甚至離譜,我們想想,保護(hù)板上有芯片,是要工作的,可以做到很低,但是可靠性呢?應(yīng)該是在性能可靠OK的下再來考量自耗電的問題。有些朋友也許進(jìn)入了誤區(qū),自耗電分為整體的自耗電和每一串的自耗電。
  整體自耗電,在100~500uA都是沒什么問題的,動力電池的容量本身就很大。當(dāng)然電動工具的分析。如5AH的電池,放電500uA,要放多久,對整個電池組來講是很微弱的。
  每串自耗電才最關(guān)鍵的,也不為零,當(dāng)然也是在性能可行下進(jìn)行,但有一點(diǎn),每一串的自耗電量要一致,每一串的差別不能超過5uA。這點(diǎn)大家應(yīng)該知道,每一串的自耗電不一時,那么在長時間擱置下,電池的容量會產(chǎn)生變化的。

 



  7.均衡:均衡這一塊是此文章的論述的重點(diǎn)。目前最通用的均衡方式分為兩種,一種耗能式的,另一種轉(zhuǎn)能式的。
  A、耗能式均衡,主要是把多串電池中某節(jié)電池的電量或電壓高的用電阻把多余的電能損耗掉。它也分如下三種。
  一,充電時時均衡,它主要是在充電時一顆電池的電壓高出電池平均電壓時,它就啟動均衡,無論電池的電壓在什么范圍,它主要是應(yīng)用在智能軟件方案上。當(dāng)然如何定義可以由軟件任意。此方案的優(yōu)點(diǎn)它能有更多的時間去做電池的電壓均衡。
  二,電壓定點(diǎn)均衡,把均衡啟動定在一個電壓點(diǎn)上,如錳鋰電池,就定在4.2V開始均衡。這種方式只是在電池充電的末端進(jìn)行,均衡時間較短,用處可想而知。
  三,靜態(tài)自動均衡,它也可以在充電的過程中進(jìn)行,也可以在放電時進(jìn)行,更有特點(diǎn)的是,電池在靜態(tài)擱置時,電壓不一致時,它也在均衡著,直到電池的電壓達(dá)到一致。但有人認(rèn)為,電池都沒工作了,為什么保護(hù)板還是在發(fā)熱呢?
  三種方式都以是參考電壓來實(shí)現(xiàn)均衡的。但是,電池電壓高不代表容量就高,也許截然相反。以下論述。
  其優(yōu)點(diǎn)成本低,設(shè)計(jì)簡單,在電池電壓不一致時能起到的作用,主要體現(xiàn)在電池長時間擱置自耗引起的電壓不一致。理論上是有微弱的可行性。
  缺點(diǎn),電路,元件多,溫度高,防靜電差,故障率高。
  具體探討如下。
  當(dāng)新單體電池分容分壓分內(nèi)阻過后組成PACK,總會有各別的單體容量偏低,而往往容量最低的那顆單體,在充電的過程中電壓是上升最快的,也是它最先到達(dá)啟動均衡電壓的,,大容量的單體還沒達(dá)到電壓點(diǎn)而沒有啟動均衡,小容量的確開始均衡了,這樣每一次的循環(huán)工作,這顆小容量的單體一直處于飽充飽放的下工作,而它也是衰老最快的,內(nèi)阻自然也會慢慢的比的單體增高,從而形成一個惡性循環(huán)。這是一個極大的弊端。
  元件越多,故障率自然就高了。
  溫度,可想而知,耗能式的,是想把所謂多余的電量用電阻以發(fā)熱的形式來耗掉多余的電能,它確成了名副其實(shí)發(fā)熱源。而高溫對電芯本身來講是非常致命的一個相當(dāng)因素,它會讓電池燃燒,也會引起電池爆炸。本來我們是在想盡一切辦法去減少整個電池包的溫度產(chǎn)生,而耗能均衡呢?它的溫度高得驚人,大家可以去測試一下,當(dāng)然是在全封閉的環(huán)境下?偟,它是一個發(fā)熱體,熱是電池的致命天敵。
  靜電,我個人設(shè)計(jì)保護(hù)板時,從來不用小功率的 MOS管,哪怕一顆都不用。本人在這一塊吃過太多的虧了。MOS管的靜電問題。先不說小MOS在工作的環(huán)境,就說在生產(chǎn)加工PCBA貼片時,車間的濕度低于60%,小MOS生產(chǎn)出來的不良率都會超過10%,然后再濕度調(diào)到80%。小MOS的不良率為零?梢栽囋。這要表明一個什么問題呢? 我們的產(chǎn)品在北方的冬天,小MOS是否能通過,這時間來驗(yàn)證的。再有,MOS管的損壞只有短路,短路那可想而知,就意味著這組電池馬上要損壞。更何況我們的均衡上的小MOS用得還不少呢。有人會恍然,難怪退回來的貨,都是均衡壞掉而引起單體電池?fù)p壞,而且都是MOS壞掉了。電芯廠與保護(hù)板廠開始扯皮了。是誰的錯呢?
  B、能量轉(zhuǎn)移式均衡,它是讓大容量的電池以儲能的方式轉(zhuǎn)移到小容量的電池,聽起來感覺很智能很實(shí)用。它也分容量時時均衡與容量定點(diǎn)均衡。它是以檢測電池的容量來做均衡的,但是好像沒考慮到電池的電壓?梢韵胂耄10AH的電池組為例,假如電池組中有一顆容量在10.1AH,一顆容量小點(diǎn)的在9.8AH,充電電流為2A,能量均衡電流為0.5A。10.1AH的要給小容量9.8AH的轉(zhuǎn)能充電,而9.8AH的電池充電電流2A+0.5A=2.5A,9.8AH電池的充電電流2.5A,9.8AH的容量是補(bǔ)進(jìn)去了,可是9.8AH 電池的電壓會是多少呢?顯然會比電池的上升得更快,到了充電末端,9.8AH的會大大提前過充保護(hù),在每一次的充放電循環(huán),小容量電池一直處在深充深放的。而電池是否有充飽,不確定因素太多。容-源-電-子-網(wǎng)-為你提供技術(shù)支持

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