锂电池组-锂电池组平衡充电体例及计较锂电池组中几串几并-KIA MOS管

信息来历：本站　日期：2018-05-24　

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锂电池组利用规模

跟着锂电池手艺的不时成长，已普遍的利用于咱们的平常糊口中，愈来愈遭到花费者的喜爱。其利用规模已从咱们平常糊口中扩大到了产业范畴和交通范畴当中，它不只利用于类似于条记本电脑，随身CD等一些数码产物当中，咱们平常出行所利用的电动自行车中，此中一局部也已起头利用锂电池组。而在一些阛阓中，和田野任务所利用的后备电源也是锂电池组，并且飞机中的一局部电量来历也利用的是锂电池组。

锂电池组的利用范畴

交通能源电源

电力储能电源

挪动通信电源

新能源储能能源电源

航天兵工电源

若何计较一组锂电池须要几串几并，须要几多颗电芯？

谜底1：很简略，串连增添电压，并联增添容量，三元锂规范电压3.7v，布满4.2v，三串便是12v，48v就须要四个三串，可是电动车铅酸电池布满电58v最有，以是锂电也须要到达58v摆布，如许就须要14串到58.8v，14乘以4.2，铁锂布满电上3.4v摆布，须要四串组12v，48v就须要16串，以此类推60v就须要20串，并联同型号同容量，10ah电芯两块并联便是20ah，48v三元锂就须要14+14块10ah电芯，最初14块并联好的串连就组成48v20ah锂电池了

谜底2：实在是很简略的，比方48伏是指电压，凡是三元锂电池是指48除以3.7如许十三串和十四串都是算48伏，十三串利用54.6伏的充电器充电，十四串利用58.8伏充电器充电。至于20安时是指电池的容量，若是是单只18650电芯每只是2000毫安的容量，如许便是2安时每只，十只电芯并在一路便是20安时，整组电池便是14串乘以10只电芯＝140只电芯。

60伏也是一样的事理，凡是16-17串都是算60伏，如是60伏20安时单只电芯容量是2000毫安，便是16-17乘以10，160-170个电芯。

铁锂电池便是总电压除以3.2，比方48伏的铁锂是指15-16串的算法都是一样的，只是铁锂比三元锂多几串电池，再一个铁锂和三元锂充电电压也都是不一样的，大师采办的时辰多跟老板相同。

锂电池组并联平衡充电体例

经常利用的平衡充电手艺包含恒定分流电阻平衡充电、通断分流电阻平衡充电、均匀电池电压平衡充电、开关电容平衡充电、降压型变更器平衡充电、电感平衡充电等。成组的锂电池串连充电时，应保障每节电池平衡充电，不然利用进程中会影响整组电池的机能和寿命。而现有的单节锂电池掩护芯片均不含平衡充电节制功效，多节锂电池掩护芯片平衡充电节制功效须要外接CPU;经由进程和掩护芯片的串行通信（如I2C总线）来完成，加大了掩护电路的庞杂程度和设想难度、下降了体系的效力和靠得住性、增添了功耗。

本文针对能源锂电池成组利用，各节锂电池均请求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的掩护，充电进程中要完成整组电池平衡充电的题目，先容了一种接纳单节锂电池掩护芯片对肆意串连数的成组锂电池停止掩护的含平衡充电功效的电池组掩护板的设想计划。仿真成果和产业出产利用证实，该掩护板掩护功效完美，任务不变，性价比高，平衡充电误差小于50mV。

1 锂电池组掩护板平衡充电道理布局

接纳单节锂电池掩护芯片设想的具有平衡充电才能的锂电池组掩护板布局框图以下图1所示。

锂电池组

图1锂电池组掩护板布局框图

此中：1为单节锂离子电池；2为充电过电压分放逐电歧路电阻；3为分放逐电歧路节制用开关器件；4为过流检测掩护电阻；5为省略的锂电池掩护芯片及电路毗连局部；6为单节锂电池掩护芯片（普通包含充电节制引脚CO,放电节制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等）；7为充电过电压掩护旌旗灯号经光耦断绝后组成并联干系驱动主电路中充电节制用MOS管栅极；8为放电欠电压、过流、短路掩护旌旗灯号经光耦断绝后组成串连干系驱动主电路中放电节制用MOS管栅极；9为充电节制开关器件；10为放电节制开关器件；11为节制电路；12为主电路；13为分放逐电歧路。单节锂电池掩护芯片数量按照锂电池组电池数量肯定，串连利用，别离对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状况停止掩护。该体系在充电掩护的同时，经由进程掩护芯片节制分放逐电歧路开关器件的通断完成平衡充电，该计划有别于传统的在充电器端完成平衡充电的做法，下降了锂电池组充电器设想利用的本钱。

2、锂电池组硬件设想

2.1充电电路

当锂电池组充电时，外接电源正负极别离接电池组正负极BAT+和BAT-两头，充电电流流经电池组正极BAT+、电池组中单节锂电池1~N、放电节制开关器件、充电节制开关器件、电池组负极BAT-,电流流向如图2所示。

锂电池组

图2锂电池组充电电路

体系中节制电路局部单节锂电池掩护芯片的充电过电压掩护节制旌旗灯号经光耦断绝后并联输入，为主电路中充电开关器件的导通供给栅极电压；如某一节或几节锂电池在充电进程中进步前辈入过电压掩护状况，则由过电压掩护旌旗灯号节制并联在单节锂电池正负极两头的分放逐电歧路放电，同时将串接在充电回路中的对应单体锂电池断离出充电回路。

2.2主电路及分放逐电歧路

锂电池组串连充电时，疏忽单节电池容量不同的影响，普通内阻较小的电池先布满。此时，响应的过电压掩护旌旗灯号节制分放逐电歧路的开关器件闭合，在原电池两头并联上一个分流电阻。按照电池的PNGV等效电路模子，此时分流歧路电阻相称于先布满的单节锂电池的负载，该电池经由进程其放电，使电池端电压保持在布满状况四周一个极小的规模内。假定第1节锂电池先充电完成，进入过电压掩护状况，则主电路及分放逐电歧路中电流流向如图3所示。当一切单节电池均充电进入过电压掩护状况时，全数单节锂电池电压巨细在误差规模内完全相称，各节掩护芯片充电掩护节制旌旗灯号均变低，没法为主电路中的充电节制开关器件供给栅极偏压，使其关断，主回路断开，即完成平衡充电，充电进程完成。

锂电池组

图3主电路及分放逐电歧路

单节电池两头并接的放电歧路电阻可按照锂电池充电器的充电电压巨细和锂电池的参数和放电电流的巨细计较得出。平衡电流应公道挑选，若是太小，平衡成果不较着；若是太大，体系的能量消耗大，平衡效力低，对锂电池组热办理请求高，普通电流巨细可设想在50~100mA之间。

2.3放电电路

当电池组放电时，外接负载别离接电池组正负极BAT+和BAT-两头，放电电流流经电池组负极BAT-、充电节制开关器件、放电节制开关器件、电池组中单节锂电池N~1和电池组正极BAT+,电流流向如图4所示。体系中节制电路局部单节锂电池掩护芯片的放电欠电压掩护、过流和短路掩护节制旌旗灯号经光耦断绝后串连输入，为主电路中放电开关器件的导通供给栅极电压；一旦电池组在放电进程中碰到单节锂电池欠电压或过流和短路等特别环境，对应的单节锂电池放电掩护节制旌旗灯号变低，没法为主电路中的放电节制开关器件供给栅极偏压，使其关断，主回路断开，即竣事放电利用进程。

锂电池组

图4电池组放电电路

普通锂电池接纳恒流-恒压（TAPER）型充电节制，恒压充电时，充电电流类似指数纪律减小。体系中充放电主回路的开关器件可按照内部电路请求知足的最大任务电流和任务电压选型。

节制电路的单节锂电池掩护芯片可按照待掩护的单节锂电池的电压品级、掩护提早时候等选型。分放逐电歧路电阻可接纳功率电阻或电阻收集完成。这里接纳电阻收集完成分放逐电歧路电阻较为公道，能够或许有用消弭电阻误差的影响，另外，还能起到下降热功耗的感化。

3、平衡充电掩护板电路仿真

按照上述平衡充电掩护板电路任务的根基道理，在Matlab/Simulink环境下搭建了体系仿真模子，摹拟锂电池组充放电进程中掩护板任务的环境，考证该设想计划的可行性。为简略起见，给出了锂电池组仅由2节锂电池串连的仿真模子，如图5所示。

锂电池组

图5 2节锂电池串连均充掩护仿真模子

模子顶用受控电压源取代单节锂电池，摹拟电池充放电的环境。图5中，Rs为串连电池组的电池总内阻，RL为负载电阻，Rd为分放逐电歧路电阻。所接纳的单节锂电池掩护芯片S28241封装为一个子体系，使全体模子抒发时更加简练。

掩护芯片子体系模子首要用逻辑运算模块、标记函数模块、一维查表模块、积分模块、延时模块、开关模块、数学运算模块等摹拟了掩护举措的时序与逻辑。因为仿真环境与实在电路存在必然的不同，仿真时不须要滤波和强弱电断绝，并且过剩的模块轻易致使仿真时候的冗杂。是以，在现实仿真进程中，去除滤波、光耦断绝、电平调度等电路，并把为大电流分流设想的电阻收集改成单电阻，下降了仿真体系的庞杂程度。成立完全的体系仿真模子时，要注重不同模块的输入输入数据和旌旗灯号范例能够或许存在不同，必须准确摆列模块的毗连挨次，须要时停止数据范例的转换，模子顶用电压检测模块完成了强弱旌旗灯号的转换毗连题目。

仿真模子中受控电压源的给定旌旗灯号在波形大致分歧的条件下可有细小不同，以代表电池个别充放电的不同。图6为电池组中单节电池电压检测仿真成果，可见接纳过放逐电歧路均充的方法，该电路可一般任务。

锂电池组

图6 锂电池电压检测仿真成果

4、锂电池组体系尝试

现实利用中，针对某品牌电动自行车出产厂的须要，设想完成了2组并联、10节串连的36V8A.h锰酸锂能源电池组掩护板，此中单节锂电池掩护芯片接纳日本精工公司的S28241,掩护板首要由主电路、节制电路、分放逐电歧路和滤波、光耦断绝和电平调度电路等局部组成，其根基布局如图7所示。放电歧路电流挑选在800mA摆布，接纳510Ω电阻串并联组成电阻收集。

锂电池组

图7 锂电池组掩护板调试

调试任务首要分为电压测试和电流测试两局部。电压测试包含充电机能检测过电压、均充和放电机能检测欠电压两步。能够或许挑选接纳电池摹拟电源供给器取代现实的电池组停止测试，因为多节电池串连，该计划一次投入的测试本钱较高。也能够或许利用拆卸好的电池组间接停止测试，对电池组轮回充放电，观察过压和欠压时掩护装配是不是一般举措，记实过充掩护时各节电池的及时电压，判定平衡充电的机能。但此计划一次测试花费时候较长。对电池组作充电机能检测时，接纳3位半精度电压表对10节电池的充电电压监测，可见各节电池都在一般任务电压规模内，并且单体之间的不同很小，充电进程中电压误差小于100mV,满充电压4.2V、电压误差小于50mV.电流测试局部包含过流检测和短路检测两步。过流检测可在电阻负载与电源回路间串接一电流表，迟缓减小负载，当电流增大到过流值时，看电流表是不是唆使断流。短路检测可间接短接电池组正负极来观察电流表状况。在肯定器件无缺，电路焊接无误的条件下，也可间接经由进程掩护板上电源唆使灯的状况停止电流测试。

现实利用中，斟酌到内部搅扰能够或许会引发电池电压不不变的环境，如许会形成电压极短时候的过压或欠压，从而致使电池掩护电路毛病判定，是以在掩护芯片配有响应的延时逻辑，须要时可在掩护板上增加延时电路，如许将有用下降内部搅扰形成掩护电路误举措的能够或许性。因为电池组不任务时，掩护板上各开关器件处于断开状况，故静态消耗几近为0.当体系任务时，首要消耗为主电路中2个MOS管上的通态消耗，当充电状况下平衡电路任务时，分流歧路中电阻热消耗较大，但时候较短，全体静态消耗在电池组一般任务的周期内处于能够或许接管的程度。

经测试，该掩护电路的设想能够或许知足串连锂电池组掩护的须要，掩护功效齐备，能靠得住地停止过充电、过放电的掩护，同时完成平衡充电功效。

按照利用的须要，在转变掩护芯片型号和串连数，电路中开关器件和能耗元件的功率品级以后，可对肆意布局和电压品级的能源锂电池组完成掩护和均充。如接纳台湾富晶公司的FS361A单节锂电池掩护芯片可完成3组并联、12串磷酸铁锂电池组掩护板设想等。终究的多款产业产物价钱公道，经3年市场查验无返修产物。