【導(dǎo)讀】鋰離子電池因儲能容量大、使用壽命長、清潔環(huán)保、能量體積比大等眾多優(yōu)點，所以在各行各業(yè)被廣泛使用，逐漸成為了電池的主流產(chǎn)品。組的保護(hù)電路的詳細(xì)過程。電過程中對其保護(hù)的研究與設(shè)計。介紹了鋰電池的特點以及其保護(hù)電路的發(fā)展現(xiàn)狀及

　　

【正文】 的阻力，阻止電流流過去。其它電池也會短路，這將使終端的電壓降低至，或者，使電池組鏈路斷開并切斷電流。一個電池組的性能是取決于電池組里最差的那塊電池的性能。 并聯(lián)為了得到更多的電量，可以把兩個或者更多個電池并聯(lián)起來。除了把電池并聯(lián)起來，另一個辦法是使用尺寸更大的電池。由于受到可以選用的電池的限制，這個辦法并不適用于所有情況。此外，大尺寸的電池也不適合做成專用電池所需要的外形規(guī) 格。大部分的化學(xué)電池都可以并聯(lián)使用，而鋰離子電池最適合并聯(lián)使用。由四節(jié)電池并聯(lián)而成的電池組，電壓保持為 ，而電流和運行時間則增大到四倍。與電池串聯(lián)相比，在電池并聯(lián)電路中，高阻抗或“開路”電池的影響較小，但是，并聯(lián)電池組會減少負(fù)載能力，并縮短運行時間。這就好比一個發(fā)動機(jī)只啟動了三個汽缸。電路短路所造成的破壞會更大，這是因為，在短路時，出現(xiàn)故障的電池會迅速地耗盡其他電池里的電量，并引起火災(zāi) . 使用串并聯(lián)這種連接方法時，在設(shè)計上很靈活，可以用標(biāo)準(zhǔn)的電池尺寸達(dá)到所需要的額定電壓和電流。應(yīng)當(dāng)注意：總功率不會因 為電池的不同連接方法而改變。功率等于電壓乘電流。 對鋰離子電池而言，串并聯(lián)的連接方法很常見。最常用的一種電池組是 18650（直徑為 18mm，長度為 650mm），它帶有保護(hù)電路即鋰電池保護(hù)板，鋰電 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 28頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 池保護(hù)板能夠監(jiān)視串聯(lián)在一起的每一節(jié)電池，因此，它的最大實際電壓為 。這個鋰電池保護(hù)電路也可以用于監(jiān)視串聯(lián)在一起的每一節(jié)電池的狀態(tài)。 在把幾個電池串聯(lián)起來使用時，必須遵照下面的基本要求：保持電池的連接點的潔凈。把四節(jié)電池串聯(lián)起來使用時，共有八個連接點（電池到電池室的連接點，電池室到下一節(jié)電池的連接點）。每個連接 點都存在一定的電阻，如果增加連接點，有可能會影響整個電池組的性能。不要混用電池，選擇性能一致的電池。當(dāng)電池的電量不足時，更換所有的電池。在串聯(lián)使用時，要用同一種類型的電池。要注意電池的極性。如果有一節(jié)電池的極性裝反了，就會減少整串電池的電壓，而不是增加電壓。 把電池串聯(lián)和并聯(lián)起來使用，這聽起來好象很簡單，但是，遵循一些簡單的規(guī)則，就可以避免不必要的問題。鋰電池組包含兩部分：電池和鋰電池保護(hù)線路。 在電池組中是把多個電池串聯(lián)起來，得到所需要的工作電壓。如果所需要的是更高的容量和更大的電流，那就應(yīng) 該把電池并聯(lián)起來。另外還有一些電池組，把串聯(lián)和并聯(lián)這兩種方法結(jié)合起來。一個筆記本電腦的電池有可能是把四節(jié) 鋰離子電池串聯(lián)起來，總電壓達(dá)到 ；然后，再把兩組串聯(lián)在一起的電池并聯(lián)起來，這樣，電池組的總電量就可以從 2021 毫安時提高到 4000 毫安時。這種接法稱作“四串兩并”，它的意思是：把兩組由四節(jié)電池串聯(lián)在一起的電池組并聯(lián)起來。鋰離子電池的標(biāo)稱電壓則是 。使用鋰離子聚合物和其他類型的鋰電池，它的額定電壓一般為 。如果要想得到像 這種不常見的電壓，就得把三節(jié)這種電池串聯(lián)在一起。串 聯(lián)需要高電量的便攜設(shè)備，一般是由兩節(jié)或更多節(jié)電池串聯(lián)起來的電池組供電。使用高電壓電池組所帶來的另一個問題，就是有可能遇到電池組里的某一節(jié)電池失效的情況。這就像一個鏈條，串聯(lián)在一起的電池越多，出現(xiàn)這種情況的幾率就越高。只要一節(jié)電池有問題，它的電壓就會降低。到最后，一節(jié)“斷開”的電池可能會中斷電流的輸送。而要更換“壞”電池也絕非易事，因為新老電池是互不匹配的。一般說來，新電池的容量要比老電池的高得多。隨著工作電壓的下降，它比正常電池組更快地達(dá)到放電結(jié)束的臨界點，同時，它的使用時間也急劇縮短。一旦設(shè)備因電壓過低而 切斷電源，其余單體電池仍然完好的電池就不能把所存儲的電量送出來了。這時，壞的那節(jié)電池電池還呈現(xiàn)很大的內(nèi)阻，如果此時還帶有負(fù)載，那么，將會導(dǎo)致整個電池鏈的輸出電壓將大幅度下降。在一組串聯(lián)電池中，一節(jié)性能差的電池，就像是一個堵住水管的塞子，會產(chǎn)生巨大的阻力，阻止電流流過去。其它電池也會短路，這將使終端的電壓降低至 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 29頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ，或者，使電池組鏈路斷開并切斷電流。一個電池組的性能是取決于電池組里最差的那塊電池的性能。 并聯(lián)為了得到更多的電量，可以把兩個或者更多個電池并聯(lián)起來。除了把電池并聯(lián)起來，另一個辦法是使用尺寸更 大的電池。由于受到可以選用的電池的限制，這個辦法并不適用于所有情況。此外，大尺寸的電池也不適合做成專用電池所需要的外形規(guī)格。大部分的化學(xué)電池都可以并聯(lián)使用，而鋰離子電池最適合并聯(lián)使用。由四節(jié)電池并聯(lián)而成的電池組，電壓保持為 ，而電流和運行時間則增大到四倍。與電池串聯(lián)相比，在電池并聯(lián)電路中，高阻抗或“開路”電池的影響較小，但是，并聯(lián)電池組會減少負(fù)載能力，并縮短運行時間。這就好比一個發(fā)動機(jī)只啟動了三個汽缸。電路短路所造成的破壞會更大，這是因為，在短路時，出現(xiàn)故障的電池會迅速地耗盡其他電池里的電量，并引起火 災(zāi) . 使用串并聯(lián)這種連接方法時，在設(shè)計上很靈活，可以用標(biāo)準(zhǔn)的電池尺寸達(dá)到所需要的額定電壓和電流。應(yīng)當(dāng)注意：總功率不會因為電池的不同連接方法而改變。功率等于電壓乘電流。 對鋰離子電池而言，串并聯(lián)的連接方法很常見。最常用的一種電池組是 18650（直徑為 18mm，長度為 650mm），它帶有保護(hù)電路即鋰電池保護(hù)板，鋰電池保護(hù)板能夠監(jiān)視串聯(lián)在一起的每一節(jié)電池，因此，它的最大實際電壓為 。這個鋰電池保護(hù)電路也可以用于監(jiān)視串聯(lián)在一起的每一節(jié)電池的狀態(tài)。 在把幾個電池串聯(lián)起來使用時，必須遵照下面的基本要求：保持電 池的連接點的潔凈。把四節(jié)電池串聯(lián)起來使用時，共有八個連接點（電池到電池室的連接點，電池室到下一節(jié)電池的連接點）。每個連接點都存在一定的電阻，如果增加連接點，有可能會影響整個電池組的性能。不要混用電池，選擇性能一致的電池。當(dāng)電池的電量不足時，更換所有的電池。在串聯(lián)使用時，要用同一種類型的電池。要注意電池的極性。如果有一節(jié)電池的極性裝反了，就會減少整串電池的電壓，而不是增加電壓。 淺談幾種均衡充電技術(shù) 1 恒定分流電阻均衡充電 電阻分流均衡充電原理如圖 1 所示。 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 30頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 每個鋰離子電池單體上都并聯(lián)一個分流電阻。從電路中可以看出，電阻上的分流電流必須遠(yuǎn)大于電池的自放電電流，才能達(dá)到均衡充電的效果。一般鋰離子電池的自放電電流為 C/20210 左右，所以流過分流電阻上的電流取 C/200 是 比較合適的。另外，每個分流電阻的偏差也是影響均衡效果的重要因素。經(jīng)過一定次數(shù)的充放電循環(huán)后，單電池的偏差可以用下面的公式確定： V 電池電壓偏差 =R 分流 I 自放電＋ 2 V 單電池 K 電阻偏差 若分流電阻取 20Ω177。 %，則電池電壓偏差能夠控制在 50mV 范圍內(nèi)。每個電阻的平均功率為 ，但是無論電池充電過程還是電池放電過程，分流電阻始終消耗功率。 2 通斷分流電阻均衡充電 通斷分流電阻均衡充電原理如圖 2 所示。 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 31頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 通斷分流電阻均衡充電與電阻分流均衡充電的區(qū)別就是增加了一個通斷開關(guān)，這個開關(guān)的控制可以由單片機(jī)系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)，也可以通過簡單的邏輯電路來實現(xiàn)。采用這種控制方式的均衡電路只在 TAPER 充電的恒壓充電段工作，其他時間通斷開關(guān)始終斷開，這樣需要電池組放電時， 分流電阻不消耗寶貴的能量。在光照期，太陽電池發(fā)電功率是有富余的，這時均衡電路消耗一定的能量對于電源系統(tǒng)來說具有一定的合理性。在 LEO 軌道，這種均衡電路的工作時間只占 10%左右，所以要達(dá)到上面論述的均衡效果，電阻值需減小 10 倍，可見峰值熱功耗是相當(dāng)大的，這是這種電路的主要缺點。另外，通斷開關(guān)的實效是致命故障，所以必須采用冗余手段。 3 開關(guān)電容均衡充電 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 32頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開關(guān)電容均衡充電原理如圖 3 所示，從圖中可以看出，順序開關(guān)驅(qū)動電路主要由時鐘電路構(gòu)成，它驅(qū)動多路開關(guān)順序閉合，順序把鋰離子電池單體接入傳送電容器，通過傳送單電池之間的不平衡能量，達(dá)到均衡充電的目的。同時，通過測量傳送電容器上的電壓來監(jiān)測各個單電池的電壓。若某個單電池發(fā)生短路故障，低電壓比較器輸出開關(guān)禁止信號，禁止短路的單 電池接入傳送電容器，防止影響其他單電池的正常工作，同時給恒流恒壓變換器送入電池低電壓報警信號，使恒流恒壓變換器根據(jù)單電池短路的情況確定正確的恒定電壓。這種均衡電路的最大優(yōu)點是能源浪費極低，缺點是電路復(fù)雜，多路開關(guān)的通態(tài)電阻、高共模限制都會影響均衡充電的實現(xiàn)。另一方面，參數(shù)選取比較困難，針對不同的電源系統(tǒng)配置，電路參數(shù)需詳細(xì)的設(shè)計與驗證，這對研制周期是不利的。 4 降壓型變換器均衡充電 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 33頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 降壓型變換器均衡充電原理如圖 4 所示。 降壓型變換器均衡充電方案也是一種低消耗的均衡方案。它的思路很清晰，主回路是標(biāo)準(zhǔn)的降壓式調(diào)節(jié)器，在儲能電感上增加多組相同的次繞組，用于電池單體的輔助充電。顯然，電壓低的單電池會從次繞組上得到更多的能量，電壓高的得到能量少，這樣就達(dá)到了均衡充電的目的 。為了得到良好的均衡效果，次繞組的一致性需要嚴(yán)格控制。但電感繞組的一致性是非常難于控制的，因此這是這種控制方法的一個最大缺點。這種充電方式的研究剛剛起步，充電效率、均衡效果、可靠性分析等需要進(jìn)一步的深入研究。 5 平均電池電壓均衡充電 畢業(yè)項目報告紙 共 39 頁 第 34頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 平均電池電壓均衡充電原理如圖 5 所示，圖中只給出了一只單電池的均衡電路，其他各單電池也配備相同的均衡電路，其中，放大器由單電池供電。 這種均衡充電控制電路的思路是：單電池電壓與平均單電池電壓相比較，控制功率開關(guān)將電池電壓高于平均電壓的單電池分流。因此，所有單電池電壓在均衡電路的作用下趨向平均電池電壓。 此電路初看起來是開環(huán)控制，實際上由于電池內(nèi)阻的作用，均衡電路