如何对动力锂离子电池组的进行维护？

在电池处理系统中，功率FET由电芯电压、电池组电流、温度、负载和充电监测器比较来控制。功用块在系统中有三种构建方法：（1）通过分立元件，这需求额定的电路板空间，且规划工程师需求对每个子块有深化的了解。（2）集成大多数子功用块的功率FET IC，并可用作多芯监测器/均衡器的配套IC。功率FET IC在高电芯数的运用（》 16个电芯）中非常有用，如太阳能发电场和智能电网。（3）全集成式BMS IC（如ISL94202、ISL94203和ISL94208）中的功率FET功用块。这三种方案的功用大致相同，本文解释了每个子块的内在功用，以及针对不同运用的规划考虑事项。 

 

该系统是一个联接至发动机的高边串联FET配备。功率FET的导通（ON）情况取决于电池组的电芯电压、充电和放电电流、温度以及监测器引脚的情况。子块陈说的任何故障都会导致一个或两个FET关断。 

 

　　Vcell检测 

 

　　不考虑电芯均衡的Vcell检测是用来监测过压、欠压和开路电芯条件的电压测量。欠压条件对检测电池组空载情况，以防止电芯脱离电压效果区（acTIve region）很重要。锂离子电芯的效果区为2.5V - 4.2V。锂聚合物电芯的效果区为2.5V - 3.6V。依据化学性质和规划，电芯的束缚电压决议满载和空载电芯限值。电芯充电时不能超过电压上限，不然或许构成电芯损坏。大多数BMS IC都会继续监测过压和欠压条件，不管电池充电情况怎样。 

 

　　在对电池组中的全部电芯都进行了测量后，陈说最强电芯与最弱电芯的总电压差很有用。大的电池组电压差可辨别开路电芯或明线工作。大多数系统都有明线测验，以确保测量系统与电芯用导线联接在一同。明线测验不如电芯电压测量那么一再，电芯压差计算成果可作为系统故障的前期提示。 

 

　　开路电芯工作是指电芯内部开路或许外部联接损坏。工作的发生或许是缓慢的，也有或许是忽然的。构成开路电芯工作的或许原因有老化、电芯制造质量差、或长时间在恶劣环境中作业。外部联接损坏一般是因为电池组结构差而导致。 

 

　　电池组在联接至负载时会发生许多涌入电流，这时或许出现最大电芯压差的误报。因为电芯阻抗失配而倍增的涌入电流会导致电芯电压的严峻失配。有些芯片在陈说工作时有推延，有些芯片则没有。 

 

　　电流检测 

 

　　用于测量电流的大多数电池系统都有三个电流比较器：放电短路（DSC）、放电过流（DOC）和充电过流（COC）。每个比较器都发生一个推延，从而容许电流在一段时间内大于限值，随后再采纳举动。 

 

　　与充电器相比，负载遭到的控制较少，所以需求进行快速电流放电检测，以便关断功率FET，防止损坏电池或功率FET本身。DSC工作发生时，功率FET常常推延几十至几百毫秒才关断。DSC推延由定时推延和功率FET关断所需的时间组成。功率FET在栅极和源极通过隔绝电阻器联接起来时处于关断情况。电阻器和栅电容构成RC电路，决议FET的关断时间。 

 

　　设置总DSC关断时间推延时要考虑许多要素。DSC关断时间由损坏电池和电路的时间，与负载发动或联接时容许涌入电流通过的时间相较而定。DSC关断时间与FET的关断时间必须平衡。FET关断速度过快会导致电芯测量引脚上发生较大电压瞬变。最接近功率FET的引脚最容易受大电压瞬变的影响。这些瞬态工作是功率FET与电池之间的迹线中储存的电感能量，在电池组忽然断开与负载的联接时无处发散的成果。该电感能量发散到开路负载，直至电压升高到足以激活相连电路的ESD二极管。假设能量足够多，元件会接受过大的电应力。迹线中储存的能量大小是迹线的电感与流向负载的电流之积。迹线中储存的能量在放电短路条件下最多。在电芯电压引脚处进行滤波有助于下降EOS工作发生概率。实践中应使迹线尽或许短和尽或许宽。其他还应仔细选择负载与功率FET之间的线缆的规范和长度。这是或许引起高电压瞬态工作的另一个要素。 

 

　　增加FET栅极与FET控制引脚之间的隔绝电阻器阻值，可通过延伸FET关断时间而减小电压瞬变的起伏。一同，这还通过触及FET电容的RC时间常数延伸了功率FET的导通时间。请注意，两处情况下都有隔绝电阻器的存在。 

 

　　功率FET关断速度过慢会导致功率FET损坏或掉电。如图2所示，大多数功率FET产品数据表都供应FET电流与VDS和继续时间之间联系的曲线图。考虑短路电流为100A的20V电池组。下图闪现了FET在该条件下能维持工作1毫秒。 

 

　　实践中一般对DSC限值与涌入电流继续时间进行平衡。涌入电流或许大到作业电流的100倍或更高。图3闪现了涌入电流瞬态工作的一个比如，其中涌入电流峰值为270A，作业电流耗费为8A。假设容许涌入电流打破DSC限值，则FET将在导通和关断情况之间切换。 　 

 

　　图4是当图3的涌入电流流向电芯时构成的电池组压降。图4闪现了运用低阻抗电芯及电芯间联接的重要性。涌入电流构成电池组电压下降了10.8V。涌入电流的量级通过增加功率FET的隔绝电阻（Riso1和Riso2）来下降。隔绝电阻的增加会增加涌入电流工作的继续时间。 

 

　　放电过流限值和推延是辨别受损负载或系统（受损后仍继续工作）或许过错负载与电池组联接的次级限值。DOC条件的存在时间要长许多，而且需求考虑的要素少于DSC。 

 

　　充电过流限值可防止电池过充和运用过错的充电器为电池组充电。COC推延容许未稳压电荷在短时间内流向电池。图5闪现了一种小型摩托车的负载曲线。发动机在电流为负值时为电池充电。来自发动机的再生电流或许明显大于充电电流。COC限值设置接近于充电器电流，以防止用过错的充电器给电池充电。大多数再生电流的继续时间都很短。图5中，250秒后记载的再生电流是摩托车下坡时的情况。约280秒时的再生电流是摩托车滑行间断的情况。该电池组的充电电流是2A。 

 

　　充电电流的设置触及许多要素。其中首要要素是电芯本身的充电接受能力，其他要素有充电时间、电芯发热和电池老化。 

 

　　温度检测 

 

　　检测电芯温度的首要原因是确保电池不会到达热逸溃。或许构成热逸溃的情况有电芯过充、对电池组短路或电芯本身内部短路。有些化学电池相对容易受热逸溃的影响。 

 

　　除了热逸溃检测以外，实践中还运用热检测来确定电池充电或放电是否安全。如图6所示，大多数锂电池都供应建议的充电/放电温度范围。在笔记本电脑等运用中，或许需求在图6中的仅容许放电温度区内充电。JEITA是一种锂电池充电规范。该规范提倡在电芯不大安稳或不大能够接受电荷的温度区减小充电电流。图7是JEITA充电规范的一个比如。关于大多数运用，图6的曲线已足以满足要求，而且易于完结。