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电池知识

什么是锂电池保护板?锂电池保护板的作用是什么你知道吗?

来源:宝鄂实业    2019-07-07 18:34    点击量:

锂电池保护板均衡原理常用的均衡充电技术包括恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。成组的锂电池串联充电时,应保证每节电池均衡充电,否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能,多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU;通过和保护芯片的串行通讯(如I2C总线)来实现,加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。

  锂电池保护板均衡原理根据应用的需要,在改变保护芯片型号和串联数,电路中开关器件和能耗元件的功率等级之后,可对任意结构和电压等级的动力锂电池组实现保护和均充。

 

  锂电池作为一种电储量比较大的电池,应用于各种机房、通信基站、数据中心等领域上。锂电池保护板有保护电池,避免电池过充的功能。

电池保护板的作用

 

  电子产品随着经济的发展已经进入了寻常百姓家。人们对电子产品使用的需求也越来越高,伴随着电子产品的使用需求越来越高,人们对锂电池的需求也越来越高,锂电池作为一种电储量比较大的电池,应用于各种电子产品上。然而市场上有些不法商家就瞄准了这一点,他们用大量的假冒伪劣电池充斥了整个市场,使得消费者难以买到真产品。

  这些假冒伪劣的锂电池存在着严重的质量问题,这些假冒伪劣的锂电池很有可能出现过充,过放问题,从而导致爆炸,也有可能发生内部电路短路,造成爆炸。然而有一种产品可以有效地防止锂电池过充,过放和内部电路发生短路,它就是锂电池保护板。今天就从专业的角度为大家讲解锂电池保护板的作用。

 

  我们大家都知道,我们使用的锂电池其实是由内部几个小的锂电池并联在一块所组成的。在内部锂电池的缝隙间有几块像塑料一样的板将它们隔开。这几块小塑料一样的板其实是锂电池保护板。其实锂电池保护板并不是由塑料构成的。它是由几块不导电的纤维板,外边包裹上一层油所构成的。我们大家都知道油是不导电的,这也正是锂电池保护板能够起到隔绝几块锂电池,避免电路发生短路的原因。

  其次我们讲到锂电池保护板还有保护电池,避免电池过充的功能。当外接电源对电池持续快速地进行充电时,锂电池保护板就会产生保护作用,当锂电池内部电量达到饱和程度时,锂电池保护板内部电路就会自动切断外界快速充电的电源。使得外部的电源不能够进入电池呢。这也正是锂电池保护板对电池过充进行保护的原理。

  我们还到锂电池保护板可以保护锂电池,避免锂电池过放的功能。当锂电池过度放电时,锂电池内部的内存物就会发生质的变化,这时候锂电池保护板就能感知到这一点,从而快速地切断放电电源,使得锂电池不至于将电全部放出,从而保证锂电池内部电流的稳定,避免了锂电池过放的情况出现。

 

  为什么有的锂电保护板需要激活

 

  现在并不是所有的锂电池保护板都需要激活了,只是有的保护IC需要激活,而且这是老的IC方案,老的IC方案这所以需要这么做是为了让保护板不工作,以降低静电放电能量,好让锂电池存放的时候较久一点。这就是为什么设计需要充电激活的原因所在。

  锂电池保护板使用的场效应晶体管作为保护元件的。为保证电池在异常时不会被重新接入电路而对电路进行特殊的设计。其方法是保护电路的控制部分电源供应是在保护用场效管后面的供电的,只有在保护管正常导通后电路才会工作。因此在第一次使用时或已经产生保护后,因后续电路的电源被断开,电路没有电源,保护电路是无法工作的。电池也就没有输出。这时,只有将电池接入充电器,利用充电器为保护电路的控制电路部分供电,控制部分得电工作,电池才能正常使用。

 

  锂电池保护板怎么激活

 

  如果保护板由于限流保护后,有可能需要充电激活或者彻底断开负载后激活,那就相对比较麻烦,但也可以将B-(电池负)和P-(放电负)短接碰一下,保护就会释放,记得在短接碰一下时候切记不要带大负载(比如转吧一直拧着),否则会可能冒很大火花,这个根本原因是保护后放电MOS两端形成较大压差,短接碰一下是将放电MOS的D-S电平直接复位到0V,此刻保护释放。

  锂电池保护板被动均衡和主动均衡:

  电池本身还有可用容量,却因为电池之间不均衡以及为保护电池设置的安全电压的限制导致电池系统无法继续发挥应有的性能。另外,电池在车上的使用寿命比车辆本身的寿命短,即使车辆还没有到达报废年限,却要为满足动力性能而更换电池。但是,更换电池的成本又相当高,因此这在很大程度上制约了电动汽车的发展。

  造成电池不均衡最主要的原因是温度。一般情况下,锂离子电池的使用环境温度高于其最佳温度10℃时,锂离子电池的寿命会降低一半。由于车载电池系统的串联数量非常多,一般在88~100串联之间、其容量一般在20~60 kWh,每串电池装载的位置不同而会产生温度差。即使在同一个电池箱内,也会因为位置和电池受热不同出现温度差,而这个温度差会对电池寿命产生重大负面影响,使电池出现不均衡,使得续航里程下降、循环寿命缩短。正是由于这些问题,导致整个电池系统的容量无法完全使用,造成电池系统损失,而减缓这样的系统损失也就会大大延长电池系统的使用寿命。

 

 

  如图1所示,电池系统初期容量是100%,在使用的过程中电池会因为各种原因(主要是温度)逐渐衰减,这是锂电池的特性。这部分的衰减无法通过均衡挽回。而造成系统容量下降的最主要的原因是电池容量不均衡导致的系统损失。系统损失并不是所有电池容量减少,而是指电池系统因为不均衡造成有容量也无法使用。

  一般情况下,电池容量下降至70%~80%的时候会更换电池以保持续航里程,电池容量保持在70%以上的时间越长,电动汽车的成本也就越低。在没有均衡和一般的被动均衡技术下,电池系统的容量不到3年(每天一次满充满放)就会下降至70%以下。做得较好的被动均衡可以将电池容量勉强维持在70%。与此形成鲜明对比的是,做得较好的主动均衡可以将系统损失降到最低度。这样的主动均衡可以有效地降低因容量不均衡导致的系统损失,进而延长电池系统的使用寿命,延缓电池系统的更换时期,同时增加续航里程。被动均衡与主动均衡

  在电池系统中担任重要角色的锂电池保护板作为延长电池寿命的有效手段,逐渐得到大家的重视,其中,起到关键作用的锂电池保护板均衡系统也引起了广泛关注。目前市场上均衡多串联的电池系统有传统的被动均衡和主动均衡两种方式。

  1.被动均衡

  被动均衡一般通过电阻放电的方式,对电压较高的电池进行放电,以热量形式释放电量,为其他电池争取更多充电时间。这样整个系统的电量受制于容量最少的电池。充电过程中,锂电池一般有一个充电上限保护电压值,当某一串电池达到此电压值后,锂电池保护板会切断充电回路,停止充电。如果充电时的电压超过这个数值,也就是俗称的“过充”,锂电池就有可能燃烧或者爆炸。因此,锂电池保护板一般都具备过充保护功能,防止电池过充。

 

 

  如图2所示,充电过程中2号电池先被充电至保护电压值,触发锂电池保护板的保护机制,停止电池系统的充电,这样直接导致1号、3号电池无法充满。整个系统的满充电量受限于2号电池,这就是系统损失。为了增加电池系统的电量,锂电池保护板会在充电时均衡电池。如图3所示,均衡启动后,锂电池保护板会对2号电池进行放电,延迟其达到保护电压值的时间,这样1号、3号电池的充电时间也相应延长,进而提升整个电池系统的电量。但是,2号电池放电电量100%被转换成热量释放,造成了很大的浪费(2号电池的散热是系统的损失,也是电量的浪费)。

 

  如图4所示,除了过充对电池会有严重影响外,过放也会造成电池严重损坏。同样,锂电池保护板具备过放保护功能。放电时,2号电池的电压到达放电保护值时,触发锂电池保护板的保护机制,停止系统放电,直接导致1号、3号电池的电池余量无法被完全使用,均衡启动后会改善系统过放。

  被动均衡的优点是成本低和电路设计简单;而缺点为是以最低电池残余量为基准进行均衡,无法增加残量少的电池的容量,及均衡电量100%以热量形式被浪费。

  2.主动均衡

  主动均衡是以电量转移的方式进行均衡,效率高,损失小。不同厂家的方法不同,均衡电流也从1~10 A不等。目前市场上出现的很多主动均衡技术不成熟,导致电池过放,加速电池衰减的情况时有发生。市场上的主动均衡大多采用变压原理,依托于芯片厂家昂贵的芯片。并且此方式除了均衡芯片外,还需要昂贵的变压器等周边零部件,体积较大,成本较高。

  如图5所示,每6串电池为一组,取6串电池的总电量转移给容量小的电池。电感式主动均衡以物理转换为基础,集成了电源开关和微型电感,采用双向均衡方式,通过相近或相邻电池间的电荷转移均衡电池,并且不论电池处于放电、充电还是静置状态,都可以进行均衡,均衡效率高达92%。

 

  其放电和充电工作原理,如图6及图7所示,2号电池将电量转移给1号、3号电池。高效的电荷转移,使得充电时3个电池的电压一直保持在均衡状态下,这样所有电池都能充满。锂电池保护板在放电时,也可均衡电池。1号、3号电池将电量转移给2号电池,3个电池的电压一直在均衡状态下放电,这样所有电池电量都能用完。

12v锂电池保护板维修

  12v锂电池是由多个3.7v锂电池串联起来得到的接近12v电压,而我们串联锂电池就必须使用到12v锂电池保护板,它能够保护串联锂电池组。当锂电池电量充满后,它能够起到对各单体锂电池的电压差异均充的作用,有效解决串联电路的漏洞。那么当电鱼专用12v锂电池组保护板出现不良异常时又该如何维修呢?下面小编就列举一些保护板常见的问题进行分析维修。

  一、没有电压或电压异常

  没有电压或电压异常的情况,我们该将万用表调到直流20伏档位,然后用红色的电表笔接触锂电池电芯正极,黑色电表笔接触电芯负极,要是万用表显示没有电压或者电压很低,那就证明电芯已损坏。注意要检查保护板正负极是否反接,如果接反了,充电器给锂电池組充电时就相当于强制过放。

 

  二、没有过流保护

  出现没有过流保护等现象,首先要查看过流检测脚的电路有没有不良,有的话就更换保护IC.

  三、没有电阻或电阻过大

  需要从电阻焊盘的识别电路往会找原因,查看识别电阻有没有脱焊、是否贴错电阻、有没有短路开路等现象。

  四、冲不了电

  使用万用表开关选择20v档位,然后用红色电表笔接触电芯的正极或者是保护板,如果万用表显示有电压,我们就要根据以下情况来进行分析:是否有输出电压?电芯电压是否属于正常情况。如果以上的电压都不正常,我们就基本可以判断保护IC或者MOS管已经损坏,此时要进行这两种部件的更换就可以了。

  五、没有内阻或者内阻过大

  1.如果没有内阻就需要查看mos管的引脚有没有损坏,有的话就将mos管换掉就行了。

  2.要是内阻过大,那么就要用探针去接触电鱼锂电池保护板,检测有没有接触不良或者过分氧化等原因。还需要查看电芯上是否有多加镍片的现象,要是电芯上的镍片数量过多也会造成内阻过大的现象。

  上面所使用的电鱼锂电池保护板维修方法基本就是通过对比、目视、电压量测、导通关断测试这四种,只要掌握了这些方法,相信你们也能够熟练的维修电鱼专用锂电池組保护板。

 

  锂电池保护板维修方法(MOS管烧坏)

  电池保护板放电过程中产生MOS管烧坏原因:

  在焊接过程中有短路现象,放电过程中MOS管没有完全打开,处于关闭或半打开状态,PCBA内阻变大,长时间大电流放电,发热烧坏、烧糊。

  生产组装过程有静电残留,或在充放电过程中有外部异常电流/大电压充放电过程导致MOS管被损坏、烧糊。

  处理方法:

  建议在焊接串线过程时先焊B4-线(因为靠近B2串的R19短路的风险大)然后在焊接B2串,这样可以规避B2和B4短路引起的不良。

  防护措施:

  生产过程各环节做好ESD防护工作,

  焊接过程中特别是带电岗位防止触碰元器件或线路,

  建议在焊接串线过程中先焊B4再焊B2线。

 

  锂电池保护板维修方法(无充放电保护)

  有哪些情况出现锂电池保护板无充放电保护呢?

  首先查看三元参数:常规是2.8~4.25,铁锂是2.5~3.65V

  1.可能是电压过充、过放、过流、短路、过温。

  2.用万用表测充放电MOS管有没有打开

  3.如果锂电池保护板是带LED的,不能充放电是LED闪烁0.5秒报警了

  4.如果锂电池保护板是带上位机的可以连接上位机查看保护状态

  5.锂电池保护板是带弱点开关的,请查看是否打开弱点开关

  出现这些情况可以查看下列方法维修:

  1.过充、过放、过流、短路插入充电器恢复

  2.过流断开负载恢复