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标题: 有效保护锂电池的安全与寿命 [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2015-4-8 22:00 标题: 有效保护锂电池的安全与寿命

理论上来讲，动力多串电池保护板已经没有太多的电子技术含量了，比如电路与软件处理，有太多的选择。其主要是把保护部分如何做到稳定，可靠，更安全，更实用，当然价格也是其中之一。想要真正的想把它做好，那是一件非常复杂细心而又漫长的轮回工作。如果要按经验与技术值的占比比值的话，技术只占20% 。经验要占到80% 。做好动力电池保护板没有个三五年的经验，还是有困难的。当然做好与能做是两回事。为什么会有这样的结论呢？这是有依据的。说实话，保护板的方案电路并不复杂，只要在电池电子行业工作了一两年，设计个电路与抄袭人家一个电路不是什么难事。比如：多串动力电池他主要是高电压，大电流，高内阻工作（微电流），电池包工作环境的考量等等，这都牵扯到多年的电子专业综合经验。大到要对整个PACK的了解，小到一个电阻，电容或晶体管的选型，或是布板时的注意细节。总的一句话，保护板主要是稳定，可靠，安全的保护电池组，保证电池组的正常安全使用或使用得更久，其它添加的特有技术与功能，都是浮云。下面我们来讨论一下。
　　动力电池保护板，顾名思义，它是用来保护电池不让损坏与延长电池的使用寿命。而且它只在电池出现极端问题的情况下作出最稳定最有效的保护防止出现意外。平时不应该动作，当然，监视工作是必须要的，就像我们的家用电器中的保险丝或保险开关一样。这是本文讨论分析的宗旨。
　　保护项目及注意事项
　　1.电压保护：过充，过放，这要根据电池的材料不同而有所改变，这点看似简单，但要细节上来看，还是有经验学问的。
　　过充保护，在我们以往的单节电池保护电压都会高出电池充饱电压50~150mV。但是动力电池不一样，如果你要想延长电池寿命，你的保护电压就选择电池的充饱电压，甚至还要比此电压还低些。比如锰锂电池，可以选择4.18V~4.2V。因为它是多串数的，整个电池组的寿命容量主要是以容量最低的那颗电池以准，小容的总是在大电流高电压工作，所以衰减加快。而大容量每次都是轻充轻放，自然衰减要慢得多了。为了让小容量的电池也是轻充轻放，所以过充保护电压点不要选择太高。这个保护延时可以做到1S，防止脉冲的影响从而保护。
　　过放保护，也是与电池的材料有关，如锰锂电池一般选择在2.8V~3.0V。尽量要比它单颗电池过放的电压稍高点。因为，在国内生产的电池，电池电压低于3.3V后，各颗电池的放电特性完全不一，因此是提前保护电池，这样对电池的寿命是一个很好的保护。
　　总的一点就是尽量让每一颗电池都工作在轻充轻放下工作，一定是对电池的寿命是一个帮助。
　　过放保护延滞时间，它要根据负载的不同而有所改变，比如电动工具类的，他的启动电流一般都在10C以上，因此会在短时间内把电池的电压拉到过放电压点从而保护。此时无法让电池工作。这是值得注意的地方。
　　MOS管的损坏主要是温度急剧升高，它的发热也是电流的大小及本身的内阻来决定的，当然小电流，对MOS没什么影响，但是大电流呢，这个就要好好做些处理了，在通过额定电流时，小电流10A以下，我们可以直接用电压来驱动MOS管。大电流，一定是要加驱动，给MOS足够大的驱动电流。以下在MOS管驱动有讲到工作电流，在设计的时候，MOS管上不能存在超过0.3W的功率。计算工式：I2*R/N。R为MOS的内阻，N为MOS的数量。如果功率超过，MOS会产生25度以上的温升，又因它们都是密封的，就算有散热片，长时间工作时，温度还是会上去，因为他没地方可散热。当然MOS管是没任何问题，问题是他产生热量会影响到电池，毕竟保护板是与电池放在一起的。
　　2.过流保护（最大电流），此项是保护板必不可少的，非常关键的一个保护参数。保护电流的大小与MOS的功率息息相关，因此在设计时，要尽量给出MOS能力的余量。在布板的时候，电流检测点一定要选好位置，不能只接通就行，这需要经验值。一般建议接在检测电阻的中间端。还要注意电流检测端的干扰问题，因为它的信号很容易受到干扰。
　　过流保护延时，它也是要根不同的产品做相应的调整。在此不多说了。
　　3.短路保护：严格来讲，他是一个电压比较型的保护，也就是讲是用电压的比较直接关断或驱动的，不要经过多余的处理。
　　短路延时的设置也很关键，因为在我们的产品中，输入滤波电容都是很大的，在接触时第一时间给电容充电，此时就相当于电池短路来给电容充电。
　　4. 温度保护：一般在智能电池上都会用到，也是不可少的。但往往它的完美总会带来另一方面的不足。我们主要是检测电池的温度来断开总开关来保护电池本身或负载。如果是在一个恒定的环境条件下，当然不会有什么问题。由于电池的工作环境是我们不可控的，太多太复杂的变化，因此不好选择。如在北方的冬天，我们定在多少合适？又如夏天的南方地区，又定多少合适？显然范围太宽不可控的因素太多，仁者见仁，智者见智的去选择了。
　　5.MOS保护：主要是MOS的电压，电流与温度。当然就是牵扯到MOS管的选型了。MOS的耐压当然要超过电池组的电压，这是必须的。电流讲的是在通过额定电流时MOS管体上的温升了一般不超过25度的温升，个人经验值，只供参考。
　　MOS 的驱动，也许会有的人会讲，我有用低内阻大电流的MOS管，但为何还有蛮高的温度？这是MOS管的驱动部分没有做好，驱动MOS要有足够大的电流，具体多大的驱动电流，要根据功率MOS管的输入电容来定。因此，一般的过流与短路驱动都不能用芯片直接驱动，一定要外加。在大电流（超过50A）工作时，一定要做到多级多路驱动，才能保证MOS的同一时间同一电流正常打开与关闭。因为MOS管有一个输入电容， MOS管功率，电流越大，输入电容也就越大，如果没有足够的电流，不会在短时间做出完整的控制。尤其是电流超过50A时，电流设计上更要细化，一定要做到多级多路驱动控制。这样才能保证MOS的正常过流与短路保护。
　　MOS电流平衡，主要讲的是多颗MOS并起来用时，要让每一颗MOS管通过的电流，打开与关闭时间都是一致的。这就要在画板方面入手了，它们的输入输出一定要对称，一定要保证每一个管子通过的电流是一致这才是目的。
　　6. 自耗电量，这个参数是越小越好，最理想的状态是为零，但不可能做到这一点。就是因为人人都想把这个参数做小，有很多人的要求更低，甚至离谱，我们想想，保护板上有芯片，它们是要工作的，可以做到很低，但是可靠性呢？应该是在性能可靠完全OK的情况下再来考量自耗电的问题。有些朋友也许进入了误区，自耗电分为整体的自耗电和每一串的自耗电。
　　整体自耗电，如果在100~500uA都是没什么问题的，因为动力电池的容量本身就很大。当然电动工具的另外分析。如5AH的电池，放电500uA，要放多久，因此对整个电池组来讲是很微弱的。
　　每串自耗电才最关键的，这个也不可能为零，当然也是在性能完全可行情况下进行，但有一点，每一串的自耗电量一定要一致，一般每一串的差别不能超过5uA。这点大家应该知道，如果每一串的自耗电不一时，那么在长时间搁置下，电池的容量一定会产生变化的。

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