延長(cháng)鋰電池壽命及安全使用方法

延長(cháng)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,電池的保護設施也是必要的硬件設施,相關(guān)的內容太多,下面將一一講述:

理論上來(lái)講，動(dòng)力多串電池保護板已經(jīng)沒(méi)有太多的電子技術(shù)含量了，比如電路與軟件，有太多的選擇。其主要是把保護部分如何做到穩定，可靠，更安全，更實(shí)用，當然價(jià)格也是其中之一。想要真正的想把它做好，那是一件非常細心而又漫長(cháng)的輪回工作。要按經(jīng)驗與技術(shù)值的占比比值的話(huà)，技術(shù)只占20% 。經(jīng)驗要占到80% 。做好動(dòng)力電池保護板沒(méi)有個(gè)三五年的經(jīng)驗，還是有困難的。當然做好與能做是兩回事。為什么會(huì )有這樣的結論呢？這是有依據的。說(shuō)實(shí)話(huà)，保護板的方案電路并不，只要在電池電子行業(yè)工作了一兩年，設計個(gè)電路與抄襲人家一個(gè)電路不是什么難事。比如：多串動(dòng)力電池他主要是高電壓，大電流，高內阻工作（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(zhuān)業(yè)綜合經(jīng)驗。大到要對整個(gè)PACK的了解，小到一個(gè)電阻，電容或晶體管的選型，或是布板時(shí)的注意細節�？偟囊痪湓�(huà)，保護板主要是穩定，可靠，安全的保護電池組，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(lái)討論一下。

　　動(dòng)力電池保護板，顧名思義，它是用來(lái)保護電池不讓損壞與延長(cháng)電池的使用壽命。而且它只在電池出現極端問(wèn)題的下作出最穩定最有效的保護防止出現意外。平時(shí)不應該動(dòng)作，當然，監視工作是要的，就像我們的家用電器中的保險絲或保險開(kāi)關(guān)一樣。這是本文討論分析的宗旨。
　　保護項目及注意事項
　　1.電壓保護：過(guò)充，過(guò)放，這要根據電池的材料不同而有所改變，這點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但要細節上來(lái)看，還是有經(jīng)驗學(xué)問(wèn)的。
　　過(guò)充保護，在我們以往的單節電池保護電壓都會(huì )高出電池充飽電壓50~150mV。但是動(dòng)力電池不一樣，你要想延長(cháng)電池壽命，你的保護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。它是多串數的，整個(gè)電池組的壽命容量主要是以容量最低的那顆電池以準，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(guò)充保護電壓點(diǎn)不要選擇太高。保護延時(shí)可以做到1S，防止脈沖的影響從而保護。
　　過(guò)放保護，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(guò)放的電壓稍高點(diǎn)。，在國內生產(chǎn)的電池，電池電壓低于3.3V后，各顆電池的放電特性不一，是提前保護電池，這樣對電池的壽命是一個(gè)很好的保護。
　　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(gè)幫助。
　　過(guò)放保護延滯時(shí)間，它要根據負載的不同而有所改變，比如電動(dòng)工具類(lèi)的，他的啟動(dòng)電流都在10C，會(huì )在短時(shí)間內把電池的電壓拉到過(guò)放電壓點(diǎn)從而保護。無(wú)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 本身的內阻來(lái)決定的，當然小電流，對MOS沒(méi)什么影響，但是大電流呢，就要好好做些了， 在通過(guò)額定電流時(shí)，小電流10A以下，我們可以直接用電壓來(lái)驅動(dòng)MOS管。大電流，是要加驅動(dòng)，給MOS足夠大的驅動(dòng)電流。以下在MOS管驅動(dòng)有講到工作電流，在設計的時(shí)候，MOS管上不能存在超過(guò)0.3W的功率。計算工式：I2*R/N。R為MOS的內阻，N為MOS的數量。功率超過(guò)，MOS會(huì )產(chǎn)生25度的溫升，又因都是密封的，就算有散熱片，長(cháng)時(shí)間工作時(shí)，溫度還是會(huì )上去，他沒(méi)地方可散熱。當然MOS管是沒(méi)問(wèn)題，問(wèn)題是他產(chǎn)生熱量會(huì )影響到電池，畢竟保護板是與電池放在一起的。
　　2.過(guò)流保護（最大電流），此項是保護板必不可少的，非常關(guān)鍵的一個(gè)保護參數。保護電流的大小與MOS的功率息息相關(guān)，在設計時(shí)，要盡量給出MOS能力的余量。在布板的時(shí)候，電流檢測點(diǎn)要選好，不能只接通就行，這經(jīng)驗值。建議接在檢測電阻的端。還要注意電流檢測端的干擾問(wèn)題，它的信號很受到干擾。
　　過(guò)流保護延時(shí)，它也是要根不同的產(chǎn)品做相應的。在此不多說(shuō)了。
　　3.短路保護：嚴格來(lái)講，他是一個(gè)電壓比較型的保護，也講是用電壓的比較直接關(guān)斷或驅動(dòng)的，不要多余的。
　　短路延時(shí)的設置也很關(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(shí)第一時(shí)間給電容充電，就相當于電池短路來(lái)給電容充電。
　　4. 溫度保護：在智能電池上都會(huì )用到，也是不可少的。但往往它的完美總會(huì )帶來(lái)另一的不足。我們主要是檢測電池的溫度來(lái)斷開(kāi)總開(kāi)關(guān)來(lái)保護電池本身或負載。是在一個(gè)恒定的環(huán)境條件下，當然不會(huì )有什么問(wèn)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，又定多少合適？顯然范圍太寬不可控的因素太多，仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智的去選擇了。
　　5.MOS保護：主要是MOS的電壓，電流與溫度。當然牽扯到MOS管的選型了。MOS的耐壓當然要超過(guò)電池組的電壓，這是的。電流講的是在通過(guò)額定電流時(shí)MOS管體上的溫升了不超過(guò)25度的溫升，個(gè)人經(jīng)驗值，只供參考。
　　MOS 的驅動(dòng)，也許會(huì )有的人會(huì )講，我有用低內阻大電流的MOS管，但為何還有蠻高的溫度？這是MOS管的驅動(dòng)部分沒(méi)有做好，驅動(dòng)MOS要有足夠大的電流，具體多大的驅動(dòng)電流，要根據功率MOS管的輸入電容來(lái)定。，的過(guò)流與短路驅動(dòng)都不能用芯片直接驅動(dòng)，要外加。在大電流（超過(guò)50A）工作時(shí)，要做到多級多路驅動(dòng)，才能保證MOS的同一時(shí)間同一電流正常打開(kāi)與關(guān)閉。MOS管有一個(gè)輸入電容， MOS管功率，電流越大，輸入電容也就越大，沒(méi)有足夠的電流，不會(huì )在短時(shí)間做出完整的控制。尤其是電流超過(guò)50A時(shí)，電流設計上更要細化，要做到多級多路驅動(dòng)控制。這樣才能保證MOS的正常過(guò)流與短路保護。
　　MOS電流平衡，主要講的是多顆MOS并起來(lái)用時(shí)，要讓每一顆MOS管通過(guò)的電流，打開(kāi)與關(guān)閉時(shí)間都是一致的。這就要在畫(huà)板入手了，的輸入輸出要對稱(chēng)，要保證每一個(gè)管子通過(guò)的電流是一致這才是目的。
　　6. 自耗電量， 參數是越小越好，最理想的是為零，但不做到這一點(diǎn)。人人都想把參數做小，有人的要求更低，甚至離譜，我們想想，保護板上有芯片，是要工作的，可以做到很低，但是可靠性呢？應該是在性能可靠OK的下再來(lái)考量自耗電的問(wèn)題。有些朋友也許進(jìn)入了誤區，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(méi)什么問(wèn)題的，動(dòng)力電池的容量本身就很大。當然電動(dòng)工具的分析。如5AH的電池，放電500uA，要放多久，對整個(gè)電池組來(lái)講是很微弱的。
　　每串自耗電才最關(guān)鍵的，也不為零，當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(guò)5uA。這點(diǎn)大家應該知道，每一串的自耗電不一時(shí)，那么在長(cháng)時(shí)間擱置下，電池的容量會(huì )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，另一種轉能式的。

　　一，充電時(shí)時(shí)均衡，它主要是在充電時(shí)一顆電池的電壓高出電池平均電壓時(shí)，它就啟動(dòng)均衡，無(wú)論電池的電壓在什么范圍，它主要是應用在智能軟件方案上。當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(shí)間去做電池的電壓均衡。

　　二，電壓定點(diǎn)均衡，把均衡啟動(dòng)定在一個(gè)電壓點(diǎn)上，如錳鋰電池，就定在4.2V開(kāi)始均衡。這種方式只是在電池充電的末端進(jìn)行，均衡時(shí)間較短，用處可想而知。

　　三，靜態(tài)自動(dòng)均衡，它也可以在充電的過(guò)程中進(jìn)行，也可以在放電時(shí)進(jìn)行，更有特點(diǎn)的是，電池在靜態(tài)擱置時(shí)，電壓不一致時(shí)，它也在均衡著(zhù)，直到電池的電壓達到一致。但有人認為，電池都沒(méi)工作了，為什么保護板還是在發(fā)熱呢？

　　三種方式都以是參考電壓來(lái)實(shí)現均衡的。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，設計簡(jiǎn)單，在電池電壓不一致時(shí)能起到的作用，主要體現在電池長(cháng)時(shí)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。

　　當新單體電池分容分壓分內阻過(guò)后組成PACK，總會(huì )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(guò)程中電壓是上升最快的，也是它最先到達啟動(dòng)均衡電壓的，，大容量的單體還沒(méi)達到電壓點(diǎn)而沒(méi)有啟動(dòng)均衡，小容量的確開(kāi)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，內阻自然也會(huì )慢慢的比的單體增高，從而形成一個(gè)惡性循環(huán)。這是一個(gè)極大的弊端。

　　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(lái)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(lái)講是非常致命的一個(gè)相當因素，它會(huì )讓電池燃燒，也會(huì )引起電池爆炸。本來(lái)我們是在想盡一切辦法去減少整個(gè)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，當然是在全封閉的環(huán)境下�？偟�，它是一個(gè)發(fā)熱體，熱是電池的致命天敵。

　　靜電，我個(gè)人設計保護板時(shí)，從來(lái)不用小功率的 MOS管，哪怕一顆都不用。本人在這一塊吃過(guò)太多的虧了。MOS管的靜電問(wèn)題。先不說(shuō)小MOS在工作的環(huán)境，就說(shuō)在生產(chǎn)加工PCBA貼片時(shí)，車(chē)間的濕度低于60%，小MOS生產(chǎn)出來(lái)的不良率都會(huì )超過(guò)10%，然后再濕度調到80%。小MOS的不良率為零�？梢栽囋�。這要表明一個(gè)什么問(wèn)題呢？ 我們的產(chǎn)品在北方的冬天，小MOS是否能通過(guò)，這時(shí)間來(lái)驗證的。再有，MOS管的損壞只有短路，短路那可想而知，就意味著(zhù)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(huì )恍然，難怪退回來(lái)的貨，都是均衡壞掉而引起單體電池損壞，而且都是MOS壞掉了。電芯廠(chǎng)與保護板廠(chǎng)開(kāi)始扯皮了。是誰(shuí)的錯呢？

　　B、能量轉移式均衡，它是讓大容量的電池以?xún)δ艿姆绞睫D移到小容量的電池，聽(tīng)起來(lái)感覺(jué)很智能很實(shí)用。它也分容量時(shí)時(shí)均衡與容量定點(diǎn)均衡。它是以檢測電池的容量來(lái)做均衡的，但是好像沒(méi)考慮到電池的電壓�？梢韵胂�，以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的容量是補進(jìn)去了，可是9.8AH 電池的電壓會(huì )是多少呢？顯然會(huì )比電池的上升得更快，到了充電末端，9.8AH的會(huì )大大提前過(guò)充保護，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。