锂电池组保护板的设计要考虑哪几点?
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锂电池组保护板的设计
作为一名合格的锂电池组研发工程师,设计一款锂电池组产品要实现最优化。即具有最高的性价比。锂电池组保护板的设计要考虑如下几点:
A、锂电池组设计要保证可靠性、工作稳定性。过流参数保留有至少30%的技术余量。
B、设计的产品要便于测试。
C、锂电池组设计要便于生产和调试。工艺上要简化。
D、锂电池组产品要便于安装。
E、锂电池组设计要满足尺寸的要求。
F、设计要方便采购器件。使用器件不能太特殊。
G、设计要考虑成本。
H、设计要充分考虑散热及散热器件的放置。
1、电池组
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组成:电池由单体电池通过并串联而成。并联增加容量,电压不变,串联后电压倍增,容量不变,如3.6V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并组成,36V/2Ah电池可由单只N18650/2Ah通过10串组成,36V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并10串组成。
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组合要求:并联及串联的电池要求种类一致、型号一致,容量、内阻、电压值差异不大于2%。本质是电池充电放电曲线的一致(动态一致性)。但很难做到,一般情况下,电池通过并联串联组合后,容量损失2%~5%,电池数量越多,容量损失越多。
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组合的实现:电池的组合通过二种方式实现,一是通过镍带点焊或激光焊接或超声波焊接,这是常用手段,优点是可靠性较好,但不易更换。二是通过弹性金属片接触,优点是不需要焊接,电池更换相对容易,缺点是可能导致接触不良。
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要求:电池组要符合用户使用时的工作时间要求、环境要求、振动要求、充电要求,寿命要求等。电池组不可单独使用(过充电、过放电、过电流均会损伤电池。)需要配备专用保护板方可使用。
2、保护板
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组成:保护板由保护IC,MOSFET,晶体管,电阻及电容和PCB及散热器件等组成。
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作用:保护电池工作于正常状态下。防止电池因过充电、过放电、短路等引起的电池失效及发生冒烟、起火、爆炸而产生的危险。
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具体功能:
A、过充电保护,不同体系的电池的过充电保护电压不同,一般情况下,磷酸铁锂的过充电保护3.65V~3.85V,钴酸锂、锰酸锂,三元材料锂电池过充电保护电压为4.2V~4.35V。
B、过放电保护,磷酸铁锂的过放电保护电压2~2.5V,其它三种锂电池为2.3V~2.9V。
C、短路保护。由IC和MOSFET的参数决定。不同IC和MOSFET的短路保护值不同。
D、过充电保护恢复电压。IC都有此功能,一般恢复电压低于保护电压0.1~0.2V。
E、过放电保护恢复电压。有些IC无此功能。过放电后需要通过充电来恢复。
F、短路保护延迟时间。一般十几毫秒。
G、均衡功能。有些应用需要均衡功能。因电池放电电流较大,均衡不易实现,目前多为充电均衡,均衡的目的是保证每只电池都能充满电,延长使用寿命,最大限度的发挥电池的作用。
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保护板的使用:
A、保护板靠近电池连接,锂电池不可脱离保护板单独使用。
B、注意保护板与电池间做有效的隔离,起绝缘和隔热作用。
C、多节保护板与电池安装连接时,按照先低电平后高电平的顺序连接。即先连接B-,然后B1、B2......B9,最后B+。见下图。拆下保护板时,与安装顺序相反。