动力锂离子电池办理体系规划计划
摘要：本文评论了动力锂电池办理体系的规划计划，以完结对锂电池动力电池组的过充电保护、过放电保护、过流保护和均衡充电等功用。
关键词：锂离子动力电池组；办理体系；过流；过放电；过充电；均衡操控
导言
锂离子电池的广泛运用已有十多年，但前期首要用于手机、笔记本电脑、摄像机、DVD等一系列小型移动式电子产品，这些场合往往都单串运用，负载电流较低，安全系数高。最近两年来，锂离子电池以其简便、高能量密度、无污染等特色，现已开端在电动自行车、电动东西和动力玩具范畴上得到快速运用，并逐渐运用于混合动力车和电动车辆范畴。但动力锂离子电池的安全性仍是人们现在最为重视的问题，所以对其的保护就非常重要。除了确保锂离子电池自身安全性的继续改善，有必要一起研讨电池的办理体系，使电池及其运用能均衡开展。锂离子电池的保护首要包含过充电保护、过放电保护、过电流及短路保护等。
1 保护电路的功用
1.1 过充电保护
对锂离子电池来说，其充电后单节电芯最高电压不得超越规定值，不然电池内的电解质会被分化，使得温度上升并发生气体，下降电芯的运用寿数，严峻时乃至会引起爆破，所以保护电路必定要确保肯定不行过度充电，有必要对电池组中每一节电池的端电压进行监控，当电芯的电压超越设定值时，即激活过充电保护功用，由保护电路堵截充电回路，间断充电。在电芯电压回归到答应的电压并解除过充确定形式时，才干间断保护。不同资料的锂离子电池其保护电压和开释电压都有其不同的规定值。
别的，还有必要留意因噪声所发生误动作，为了避免误判和误操作，还要设置过充保护延时，并且推迟时刻不能短于噪声的继续时刻。当电压继续超越过充检测电压必定时刻以上才会触发过充保护。
1.2 过放电保护
锂离子电池的过度放电，也会缩短其运用寿数，并且对电池构成的危害往往是不行逆的。为了避免锂离子电池的过放电状况，当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，间断放电，并将电池保持在低静态电流的待机形式，参数设置相似过充保护。
1.3 过电流/短路保护
锂离子电池的最大放电电流有必定约束，过大的放电电流相同会引起锂电池的不行康复的损坏，影响其运用寿数。
短路保护这个功用其实是过流保护的扩展，若由于外部短路等原因引起的大电流放电时要马上间断放电，不然对锂电池自身和外部设备都可能会构成严峻的危害。
过流保护的延时时刻一般至少要几百微秒至毫秒，而短路保护的延时时刻是微秒级的，几乎是短路的瞬间就堵截了回路，能够避免短路对电池带来的巨大损害。
就电动东西而言，保护电流值和延时时刻的设置还有必要和电动东西自身的参数结合起来，不然会影响东西的输出扭矩和电机的寿数。
1.4 电池均衡
动力锂离子电池一般都要几串、几十串乃至几百串以上，由于电池在生产过程中，从涂膜开端到成为制品要经过许多道工序，即便经过严厉的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量共同，但运用一段时刻今后，电池内阻、电压、容量等参数发生动摇，构成不共同的状况，就会发生这样或那样的差异。这种差异表现为电池组充溢或放完时串联电池芯之间的电压不相同。这种情况下导致电池组充电的过程中，电压过高的电池芯提早触发电池组过充电保护，而在放电过程中电压过低的电池芯导致电池组过放电保护，从而使电池组的全体容量显着下降，整个电池组表现出来的容量为电池组中功用最差的电池芯的容量，并且运用时很容易发生过充和过放现象，且不易发现，导致提早失效。因而要求保护电路能够完结电池单元的均衡操作，用以从具有较高电压的电池抽取剩余的电流，耗费剩余的电量，完结电池均衡，最大极限地发挥动力锂电池的功效，延伸电池的运用寿数，添加安全性。现在常用的均衡办法有储能均衡和电阻均衡。
储能均衡是运用电池对电感或电容等储能元件的充放电，经过继电器或许开关器材完结储能元件在不均衡电池间的切换，到达电池间的能量转移。这种均衡充电办法一般操控网络杂乱，安全性办理要求高，在运用中应留意把握好储能元件的充放电时刻，其最大的长处是充、放电（作业）运用中，都可平衡各单元电池的功用，且不耗费锂离子电池组的电能。
电阻均衡一般是经过操控器操控电阻网络的通断对电池组进行分流均衡，这种办法能够一起对多节电池进行均衡，操控简略。可是均衡过程中假如电阻选的过大，则均衡电流太小，作用甚微；假如电阻选的过小，则电阻功率很大，体系能量损耗大，均衡功率低，体系对热办理要求较高，需求进行温度检测操控。
电阻均衡的原理是在电池组充电的过程中，当某节电池充电速度较快，电压高于其他电池，体系经过操控开关操控均衡电阻的导通分流，下降电池的充电速度，以到达各节电池均衡充电的意图。
2 保护功用的完结
关于锂离子电池的保护办法首要有两种：单片机操控和集成电路保护芯片。
2.1 IC操控
现在能够完结锂离子电池保护功用的芯片许多，国外、台湾、大陆都有许多种芯片能够挑选，现在日系理光和精工的计划选用的比较多，计划老练，外围电路简略，可是价格比较贵。
各种保护IC完结的功用相差无几，其保护形式和外部线路也迥然不同，在实践运用中可根据需求挑选不同IC。挑选IC的时分要多方考虑，不同类型的IC的过充电保护电压是不同的，有4.25V也有4.35V的，还有IC的自身功耗、外围电路是否够简略、保护IC的各参数精度是否符合要求，体积是否满意小，都要考虑周到。
保护板除了保护功用完善以外，低功耗也是重要的参数。为避免过度放电，保护IC有必要检测电池电压，一旦到达过度放电检测电压以下，就有必要关断功率MOSFET而截止放电。但此刻电池自身仍有天然放电及保护IC的耗费电流存在，因而需求使保护IC耗费的电流降到最低程度，在保护状况时，其静态耗电流有必要要小0.1uA。
别的动力锂离子电池包作业或充电时瞬间会有高压发生，因而保护IC应满意耐高压的要求。
图1是以精工S-8254A为保护IC的4串运用原理图。S-8254 系列内置高精度电压检测电路和推迟电路，是用于3节或4节串联锂离子或许锂聚合物可充电电池保护的IC。经过SEL端子的切换，可用来保护3节或4节串联电池。
图1 S-8254A 4串保护原理图
当然现在的电池保护芯片一般最多能保护4节锂离子电池，但是许多运用都需求5节以上的锂离子电池串联作业，比方电动东西、电动自行车和UPS，此刻又如何处理呢？如图2所示，该电路能够完结20A/24V的输出功率，以精工S-8254AAV作为操控芯片的一个运用实例，它一起运用两个保护芯片串联在一起，保护8串锂离子电池组，过放保护电压为2.70V±0.080V，过充保护电压为4.250V±0.025V。
图2 8串动力锂离子电池保护电路
该电路均衡操控选用R5408芯片，电压丈量精度比较高，均衡电流可达1A。
2.2 MCU操控
现有的一些集成电路保护芯片首要是针对4节电芯以下的电池组的保护，而关于4节以上的电池组能够选用多个单级保护芯片串联的方法或几个多级保护芯片串联的方法。但这种运用多个保护芯片串联的方法对4节电芯以上的电池组进行保护的电路可扩展性差。一起，集成保护芯片往往只针对一种或一类电池的特性，缺少灵活性，本钱往往也比较高。为此，结合锂离子动力电池的充放电特色，许多场合动力锂离子电池保护电路，选用以MCU（微处理器）为中心的规划计划。
以微处理器作为各种功用操控的中心，除了对锂离子电池组供给过充、过放、过流保护，有效地对锂离子电池组内各单节锂电的充、放电供给动态均衡、温度保护、短路保护外，一起能够供给如容量猜测、通讯、身份辨认等功用。
3 硬件抗搅扰办法
动力锂离子电池办理体系作为一个运用体系的一部分，会常常遭到各种电磁搅扰，其实践的作业环境是比较恶劣，有必要在硬件规划和PCB板的布线上采纳必定的抗搅扰办法。
4 其他要求
由于电池首要是用来给主运用项目供电，因而要求BMS只要极低的功耗。
5 结束语
动力锂离子电池组的监控是一个较新的课题，其办理体系将会归纳监测保护技术规划思维，具有对电池组进行停止、充电、放电、办理、主动保护等基本功用，到达有用、牢靠的运用要求。
