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锂电池组保护板均衡充放电工作原理

[ 锂电池组保护板均衡充放电工作原理的浏览量:1962次,文章来源:http://www.cn-scan.com,作者:PACK锂电池之家 ]

锂电池组保护板技术是锂电池组保护板均衡充电基本工作原理,包括锂电池组保护板均衡充电原理,锂电池组保护板分流放电工作原理,在采用单节锂电池保护芯片设计的且具备均衡充电能力的锂电池组保护板等。

1锂电池组保护板为单节锂离子电池;2为锂电池组保护板充电过电压分流放电支路电阻;3 为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片(一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚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为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11锂电池组保护板为控制电路;12锂电池组保护板为主电路;13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定,串联使用,分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时,通过锂电池组保护板控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电,该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法,降低了锂电池组充电器设计应用的成本。

锂电池组保护板均衡充电示意图

锂电池组保护板充电时,外接电源正负极分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端,充电电流流经电池组正极BAT+、电池组中单节锂电池1~N、放电控制开关器件、充电控制开关器件、电池组负极BAT-,电流流向如图2所示。

锂电池组保护板充电示意图

系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的充电过电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出,为主电路中充电开关器件的导通提供栅极电压;如某一节或几节锂电池在充电过程中先进入过电压保护状态,则由过电压保护信号控制并联在单节锂电池正负极两端的分流放电支路放电,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。

锂电池组保护板放电时,外接负载分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端,放电电流流经电池组负极BAT-、充电控制开关器件、放电控制开关器件、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。系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的放电欠电压保护、过流和短路保护控制信号经光耦隔离后串联输出,为主电路中放电开关器件的导通提供栅极电压;一旦电池组在放电过程中遇到单节锂电池欠电压或者过流和短路等特殊情况,对应的单节锂电池放电保护控制信号变低,无法为主电路中的放电控制开关器件提供栅极偏压,使其关断,主回路断开,即结束放电使用过程。

锂电池组保护板串联充电时,忽略单节电池容量差别的影响,一般内阻较小的电池先充满。此时,相应的过电压保护信号控制分流放电支路的开关器件闭合,在原电池两端并联上一个分流电阻。根据电池的PNGV等效电路模型,此时分流支路电阻相当于先充满的单节锂电池的负载,该电池通过其放电,使电池端电压维持在充满状态附近一个极小的范围内。假设第1节锂电池先充电完成,进入过电压保护状态,则主电路及分流放电支路中电流流向如图3所示。

锂电池组保护板分流均衡示意图

当所有单节电池均充电进入过电压保护状态时,全部单节锂电池电压大小在误差范围内完全相等,各节保护芯片充电保护控制信号均变低,无法为主电路中的充电控制开关器件提供栅极偏压,使其关断,主回路断开,即实现均衡充电,充电过程完成。

一般锂电池采用恒流-恒压(TAPER)型充电控制,恒压充电时,充电电流近似指数规律减小。系统中充放电主回路的开关器件可根据外部电路要求满足的最大工作电流和工作电压选型。

锂电池组保护板放电过程示意图

控制电路的单节锂电池保护芯片可根据待保护的单节锂电池的电压等级、保护延迟时间等选型。单节电池两端并接的放电支路电阻可根据锂电池充电器的充电电压大小以及锂电池的参数和放电电流的大小计算得出。均衡电流应合理选择,如果太小,均衡效果不明显;如果太大,系统的能量损耗大,均衡效率低,对锂电池组热管理要求高,一般电流大小可设计在50~100mA之间。

分流放电支路电阻可采用功率电阻或电阻网络实现。这里采用电阻网络实现分流放电支路电阻较为合理,可以有效消除电阻偏差的影响,此外,还能起到降低热功耗的作用。

这些电池知识都是PACK锂电池设计时必不缺少的小知识点,希望对所有电池设计人员有所帮助,当然我们会给出大家更好的锂电产品。

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