聚合物鋰電池的安全與壽命保護(hù)

　　聚合物鋰電池的保護(hù)板，顧名思義，是用來(lái)保護(hù)電池不讓損壞與延長(zhǎng)電池的使用壽命。而且它只在電池出現(xiàn)極端問(wèn)題的情況下作出穩(wěn)定有效的保護(hù)防止出現(xiàn)意外。平時(shí)不應(yīng)該動(dòng)作，當(dāng)然，監(jiān)視工作是必須要的，就像我們的家用電器中的保險(xiǎn)絲或保險(xiǎn)開關(guān)一樣。

　　聚合物鋰電池保護(hù)項(xiàng)目及注意事項(xiàng)

　　一、聚合物鋰電池電壓保護(hù)

　　過(guò)充，過(guò)放，這要根據(jù)聚合物鋰電池的材料不同而有所改變，這點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但要細(xì)節(jié)上來(lái)看，還是有經(jīng)驗(yàn)學(xué)問(wèn)的。

　　過(guò)充保護(hù)，在我們以往的單節(jié)電池保護(hù)電壓都會(huì)高出電池充飽電壓50~150mV。但是聚合物鋰電池不一樣，如果你要想延長(zhǎng)電池壽命，你的保護(hù)電壓就選擇電池的充飽電壓，甚至還要比此電壓低一些。比如錳鋰電池，可以選擇4.18V~4.2V。因?yàn)樗嵌啻當(dāng)?shù)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(zhǔn)，小容的總是在大電流高電壓工作，所以衰減加快。而大容量每次都是輕充輕放，自然衰減要慢得多了。為了讓小容量的電池也是輕充輕放，所以過(guò)充保護(hù)電壓點(diǎn)不要選擇太高。這個(gè)保護(hù)延時(shí)可以做到1S，防止脈沖的影響從而保護(hù)。

　　過(guò)放保護(hù)，也是與電池的材料有關(guān)，如錳鋰電池一般選擇在2.8V~3.0V。盡量要比它單顆電池過(guò)放的電壓稍高點(diǎn)。因?yàn)?，在?guó)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完全不一，因此是提前保護(hù)電池，這樣對(duì)電池的壽命是一個(gè)很好的保護(hù)。總的來(lái)說(shuō)就是盡量讓每一顆電池都工作在輕充輕放下工作，一定是對(duì)聚合物鋰電池的壽命是一個(gè)幫助。

　　過(guò)放保護(hù)延滯時(shí)間，它要根據(jù)負(fù)載的不同而有所改變，比如電動(dòng)工具類的，其啟動(dòng)電流一般都在10C以上，因此會(huì)在短時(shí)間內(nèi)把聚合物鋰電池的電壓拉到過(guò)放電壓點(diǎn)從而保護(hù)。此時(shí)無(wú)法讓電池工作。

　　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(lái)決定的，當(dāng)然小電流，對(duì)MOS沒(méi)什么影響，但是大電流呢，這個(gè)就要好好做些處理了，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(qū)動(dòng)MOS管。大電流，一定是要加驅(qū)動(dòng)，給MOS足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。以下在MOS管驅(qū)動(dòng)有講到工作電流，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，MOS管上不能存在超過(guò)0.3W的功率。計(jì)算公式：I2*R/N。R為MOS的內(nèi)阻，N為MOS的數(shù)量。如果功率超過(guò)，MOS會(huì)產(chǎn)生25度以上的溫升，又因它們都是密封的，就算有散熱片，長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，溫度還是會(huì)上去，因?yàn)樗麤](méi)地方可散熱。當(dāng)然MOS管是沒(méi)任何問(wèn)題，問(wèn)題是他產(chǎn)生熱量會(huì)影響到電池，畢竟保護(hù)板是與電池放在一起的。

　　二、聚合物鋰電池過(guò)流保護(hù)（最大電流）

　　此項(xiàng)是聚合物鋰電池保護(hù)板必不可少的，非常關(guān)鍵的一個(gè)保護(hù)參數(shù)。保護(hù)電流的大小與MOS的功率息息相關(guān)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量給出MOS能力的余量。在布板的時(shí)候，電流檢測(cè)點(diǎn)一定要選好位置，不能只接通就行，這需要經(jīng)驗(yàn)值。一般建議接在檢測(cè)電阻的中間端，還要注意電流檢測(cè)端的干擾問(wèn)題，因?yàn)樗男盘?hào)很容易受到干擾。

　　過(guò)流保護(hù)延時(shí)，它也是要根不同的產(chǎn)品做相應(yīng)的調(diào)整。

　　三、聚合物鋰電池短路保護(hù)

　　嚴(yán)格來(lái)講，他是一個(gè)電壓比較型的保護(hù)，也就是說(shuō)是用電壓的比較直接關(guān)斷或驅(qū)動(dòng)的，不要經(jīng)過(guò)多余的處理。

　　短路延時(shí)的設(shè)置也很關(guān)鍵，因?yàn)樵诰酆衔镤囯姵刂?，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，此時(shí)就相當(dāng)于電池短路來(lái)給電容充電。

　　四、聚合物鋰電池溫度保護(hù)

　　一般在智能電池上都會(huì)用到，但往往它的完美總會(huì)帶來(lái)另一方面的不足。我們主要是檢測(cè)電池的溫度來(lái)斷開總開關(guān)保護(hù)電池本身或負(fù)載。如果是在一個(gè)恒定的環(huán)境條件下，當(dāng)然不會(huì)有什么問(wèn)題。由于電池的工作環(huán)境是不可控的，太多太復(fù)雜的變化，因此不好選擇。如在北方的冬天，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。

　　五、聚合物鋰電池MOS保護(hù)

　　主要是MOS的電壓，電流與溫度。當(dāng)然就是牽扯到MOS管的選型了。MOS的耐壓當(dāng)然要超過(guò)電池組的電壓，這是必須的。電流講的是在通過(guò)額定電流時(shí)MOS管體上的溫升了一般不超過(guò)25度的溫升，個(gè)人經(jīng)驗(yàn)值，只供參考。

　　MOS的驅(qū)動(dòng)，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(dòng)部分沒(méi)有做好，驅(qū)動(dòng)MOS要有足夠大的電流，具體多大的驅(qū)動(dòng)電流，要根據(jù)功率MOS管的輸入電容來(lái)定。因此，一般的過(guò)流與短路驅(qū)動(dòng)都不能用芯片直接驅(qū)動(dòng)，一定要外加。在大電流（超過(guò)50A）工作時(shí)，一定要做到多級(jí)多路驅(qū)動(dòng)，才能保證MOS的同一時(shí)間同一電流正常打開與關(guān)閉。因?yàn)镸OS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，如果沒(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(shè)計(jì)上更要細(xì)化，一定要做到多級(jí)多路驅(qū)動(dòng)控制。這樣才能保證MOS的正常過(guò)流與短路保護(hù)。

　　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，打開與關(guān)閉時(shí)間都是一致的。這就要在畫板方面入手了，它們的輸入輸出一定要對(duì)稱，一定要保證每一個(gè)管子通過(guò)的電流是一致這才是目的。

　　六、聚合物鋰電池自耗電量

　　這個(gè)參數(shù)對(duì)聚合物鋰電池來(lái)說(shuō)，自然是越小越好，最理想的狀態(tài)是為零，但不可能做到這一點(diǎn)。就是因?yàn)槿巳硕枷氚堰@個(gè)參數(shù)做小，有很多人的要求更低，甚至離譜，保護(hù)板上有芯片，它們是要工作的，可以做到很低，但是可靠性呢？應(yīng)該是在性能可靠完全OK的情況下再來(lái)考量自耗電的問(wèn)題。有些朋友也許進(jìn)入了誤區(qū)，自耗電分為整體的自耗電和每一串的自耗電。

　　聚合物鋰電池整體自耗電，如果在100~500uA都是沒(méi)什么問(wèn)題的，因?yàn)榫酆衔镤囯姵氐娜萘勘旧砭秃艽?。?AH的電池，放電500uA，要放多久，因此對(duì)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，這個(gè)也不可能為零，當(dāng)然也是在性能完全可行情況下進(jìn)行，但有一點(diǎn)，每一串的自耗電量一定要一致，一般每一串的差別不能超過(guò)5uA。這點(diǎn)大家應(yīng)該知道，如果每一串的自耗電不一時(shí)，那么在長(zhǎng)時(shí)間擱置下，電池的容量一定會(huì)產(chǎn)生變化的。

　　七、均衡

　　均衡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，一種就是耗能式的，另一種就是轉(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。

　?、俪潆姇r(shí)時(shí)均衡，它主要是在充電時(shí)任何一顆電池的電壓高出所有平均電壓時(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(yīng)用在智能軟件方案上。此方案的優(yōu)點(diǎn)它能有更多的時(shí)間去做聚合物鋰電池的電壓均衡。

　?、陔妷憾c(diǎn)均衡，就是把均衡啟動(dòng)定在一個(gè)電壓點(diǎn)上，如錳鋰電池，很多就定在4.2V開始均衡。這種方式只是在電池充電的末端進(jìn)行，所以均衡時(shí)間較短，用處可想而知。

　?、垤o態(tài)自動(dòng)均衡，它也可以在聚合物鋰電池充電的過(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)，如果電壓不一致時(shí)，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(méi)工作了，為什么保護(hù)板還是在發(fā)熱呢？

　　以上三種方式都以是參考電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡的。但是，電池電壓高不一定代表容量就高，也許截然相反。詳情以下論述。

　　其優(yōu)點(diǎn)就是成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在聚合物鋰電池電壓不一致時(shí)能起到一定的作用，主要體現(xiàn)在電池長(zhǎng)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)，聚合物鋰電池電路復(fù)雜，元件多，溫度高，防靜電差，故障率高。

　　當(dāng)新單體電池分容分壓分內(nèi)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)程中電壓一定是上升最快的，也是它最先到達(dá)啟動(dòng)均衡電壓的，此時(shí)，大容量的單體還沒(méi)達(dá)到電壓點(diǎn)而沒(méi)有啟動(dòng)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狀態(tài)下工作，而它也是衰老最快的，同時(shí)內(nèi)阻自然也會(huì)慢慢的比其它的單體增高，從而形成一個(gè)惡性循環(huán)，這是一個(gè)極大的弊端。

　　聚合物鋰電池元件越多，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(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(duì)電芯本身來(lái)講是非常致命的一個(gè)相當(dāng)因素，它可能會(huì)讓電池燃燒，也可能會(huì)引起聚合物鋰電池爆炸。本來(lái)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？同時(shí)它的溫度高得驚人，大家可以去測(cè)試一下，當(dāng)然是在全封閉的環(huán)境下?？偟膩?lái)說(shuō)，它是一個(gè)發(fā)熱體，熱是電池的致命天敵。

　　靜電，個(gè)人設(shè)計(jì)保護(hù)板時(shí)，從來(lái)不用小功率的 MOS管，哪怕一顆都不用。因?yàn)楸救嗽谶@一塊吃過(guò)太多的虧了。就是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)，如果車間的濕度低于60%，小MOS生產(chǎn)出來(lái)的不良率都會(huì)超過(guò)10%以上，然后再濕度調(diào)到80%。小MOS的不良率為零。可以試試。這要表明一個(gè)什么問(wèn)題呢？ 如果聚合物鋰電池在北方的冬天，小MOS是否能通過(guò)，這需要時(shí)間來(lái)驗(yàn)證的。再有，MOS管的損壞只有短路，如果短路那可想而知，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。

　　B、能量轉(zhuǎn)移式均衡，它是讓大容量的電池以儲(chǔ)能的方式轉(zhuǎn)移到小容量的電池，聽起來(lái)感覺很智能很實(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(cè)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?？梢韵胂耄?0AH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。這時(shí)10.1AH的要給小容量9.8AH的轉(zhuǎn)能充電，而9.8AH的電池充電電流就是2A+0.5A=2.5A，這時(shí)9.8AH電池的充電電流就是2.5A，這時(shí)9.8AH的容量是補(bǔ)進(jìn)去了，可是9.8AH 電池的電壓會(huì)是多少呢？顯然會(huì)比其它電池的上升得更快，如果到了充電末端，9.8AH的一定會(huì)大大提前過(guò)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狀態(tài)。而其它電池是否有充飽，不確定因素太多。

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