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多串锂电池保护板设计注意事项

文章出处:迈烽科技网责任编辑:作者:罗先生人气:发表时间:2018-03-23 09:49
多串锂电池保护板设计注意事项
 
  随着锂电池技术的成熟,市场对锂电池的要求也越来越大,锂电池PACK的安全优为重要,目前市场发生的锂电池燃烧及爆炸事件,锂电池本身是一个重要原因,而保护板也是很关键的因素,因为保护板失效而造成的燃烧爆炸不在少数。特别是在多串锂电池PACK中,锂电池只护板,只要有一串失效,就有可能导至整个电池组燃烧爆炸,可见多串锂电池保护板在电池应用中的生要性。那么在设计多串锂电池保护板时,需要注意那些事项呢?
 
 
   1. 放电过电流保护设计问题:
 
      目前市场上卖的比较火的此割草机保护板,5A为正常工作电流,那么所选择的MOS管就只需要两对T430。但是启动电流达到30A,如果过放电流设30A,在放电电流在大于5A但小于30A段,MOS管将工作在不安全区。割草机被树枝卡住后,电机电流急骤增加,但达不到30A,例如29A,此时MOSFET结温迅速上升而如照片烧炸。如何解决这个问题,其实很简单,在设计工作电流的时候,应该把工作环境也考虑进去,割草机被树枝卡住后,电流急增加,可能会持续个一两分种,电流有可能达到30A的持续工作,固然,MOS的数量不可少,一定要满足电机在最高电流的峰值,如电机工作电流峰值为20A,保护板一定设可持续20A的工作电流,才保持电机一直在峰值时的工作状态。
 
      目前,很多厂商为了节省成本,几乎所有保护板都有这个问题。很多年轻的设计员是不会用MOSFET的,尤其不懂热设计。建议TO220封装MOSFET的过电流保护电流值≤10A;再在MOSFET表面贴装一个60℃-80℃的温度开关。
 
 
      2. 过充电保护恢复问题:
 
      为降低成本,单节锂电池保护IC被普遍用于多节串联锂电池组,但很多保护板生产厂,包括有些大公司都不会设计。某电芯厂用厦门某保护板厂生产的用单节保护IC组成的10节串联保护板,又用了开机时输出浪涌电压很高的充电器,接通交流电源后充电器就显示充满,检查保护板的充电MOSFET是不导通的,说明是充电器开机时的浪涌电压使过充电保护了;但充电器与电池组分开后,保护板的充电MOSFET仍然是不导通的,说明保护板的过充电保护没有恢复。改变保护板充电保护电路的参数,解决了过充电保护恢复问题。
 
      这个用单节锂电池保护IC组成多节串联锂电池组保护板的电路的最初设计也许没有错误,或是在传抄过程出错了;目前市场上这类保护板都有问题,但由于充电器质量好—开机没有浪涌电压,充电器恒压值又小于过充电电压值,不会引起过充电保护,也就掩饰了过充电保护不能恢复的故障了。
 
      3. 过电流、短路保护锁定:
 
      PACK组装后都要做短路测试,即短路一下P+/P-端口,再测量P+/P-电压。用单节保护IC组成的多节串联保护板如果没有过电流、短路保护自锁定电路,或过电流、短路保护自锁定电路参数设置不正确,将烧坏MOSFET。当然MOSFET的漏极电流Id足够大或锂电池的容量比较小或短路P+/P-端口的时间很短,是不会烧MOSFET的。
 
      在保护板技术中,“短路”是“短路过电流”的简称,短路是定性概念,保护板的规格书应该定量给出“负载短路电流”参数,例如S8261的“负载短路检测电压”典型值为1.2v,将1.2v除以电流采样电阻值,就是保护板的“负载短路电流”值。
 
      给出此值,表明短路保护是有限保护,不是无限保护。因此,PACK短路测试不能直接短路P+/P-,而应该串联一个小欧姆电阻器。过电流、短路保护锁定电路的功能是:在过电流、短路保护实施后—即MOSFET已经关断,负载连接在P+/P-的状态下,仍然保持MOSFET关断。若保护板无此锁定功能,MOSFET将会关断—接通—关断—接通……,形成振荡,振荡周期大约等于负载短路检测延迟时间(数百霺),MOFET在脉冲短路电流的冲击下将烧坏。多节保护IC一般都有防振荡锁定功能,不需要另外设置电路。
 
      4. 放电过电流检测延迟时间设定
 
      放电过电流延迟时间应根据负载电容设定。在电动车上负载电容有达50mF的;在电动工具保护板中,虽然没有负载电容,但电机要求启动电流大,且持续时间长;但是,目前市场上的采用单节锂电池保护IC组成多节串联锂电池组保护板都不能设定过电流延迟时间。
 
      5. 均衡电路
 
      当前,保护板都采用充电尾部分流均衡,常采用的电路是TL431/S8211E/HY2212/HY2213 。
 
   T L 4 3 1的成本低,但功耗电流大,均衡启动电压精确度差,选择1%稳压器,均衡启动电压精确度为4 0 m V;S 8 2 1 1 E均衡电流开关是P-MOSFET;HY2212/HY2213的A型均衡电流开关用N-MOSFET,B型用P-MOSFET;S8211E/HY2212/HY2213成本高,MOSFET均衡电流开关成本也高,但均衡启动电压精确度高,可达±25mV。 理光R5432、中颖SH367004多节保护芯片已具有均衡功能,只要外加均衡电流开关晶体管即可。
 
      6. 低温检测
 
      目前,很少具有低温检测保护功能的锂电池硬件保护IC,因此只能另加电路。所见到的低温保护电路,其电路结构为NTC、运算放大器、稳压器,但这些器件的工电流很大,至少也达mA量级,相当于增加了电芯的漏电流,不利锂电池储存。杭州富格能源科技有限公司设计的温度检测保护电路采用NTC、电压比较器、LDO,工作电流小于10霢,保护温度80℃~-30℃间可调整,且只需要1个NTC。 低温检测在军品低温锂电池应用中的另一功能是控制常温、低温时的过放电电压,保证低温锂电池在常温工作时不过放电
 
      7. 锂电池保护IC
 
      保护板技术是否先进,主要体现在锂电池保护IC的性能中。目前大部分保护板采用单节保护IC,主要常用品牌是日本精工、日本理光、台湾富晶、台湾紘康等,富晶、紘康没有多节串联保护IC。
 
      采用单节保护IC组成多节锂电池串联保护板,电路结构从光电耦合器驱动MOSFET,改进到用或门电路驱动MOSFET,但元器件数量仍然很多,焊接点多,因此可靠性差。多节保护IC可靠性较高,但精工、理光也只有5节串联保护IC,仍然需要级联成36v/48v等保护板;凹凸、T I、MAXIM、LINEAR等公司的8-14串联保护IC价格电动自行车是不能接受的。
 
      最近, 上海中颖电子推出5 串联保护芯片SH367004系列,此IC具有高低温度检测保护功能、均衡功能、断线保护功能。充放电温度分别检测,需要2个NTC;均衡为脉冲式;SH367004外围电路比精工S8205、理光R5432还要简洁。


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此文关键字:多串锂电池保护板

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