聚合物鋰電池的安全與壽命保護

　　聚合物鋰電池的保護板，顧名思義，是用來(lái)保護電池不讓損壞與延長(cháng)電池的使用壽命。而且它只在電池出現極端問(wèn)題的情況下作出穩定有效的保護防止出現意外。平時(shí)不應該動(dòng)作，當然，監視工作是必須要的，就像我們的家用電器中的保險絲或保險開(kāi)關(guān)一樣。

　　聚合物鋰電池保護項目及注意事項

　　一、聚合物鋰電池電壓保護

　　過(guò)充，過(guò)放，這要根據聚合物鋰電池的材料不同而有所改變，這點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但要細節上來(lái)看，還是有經(jīng)驗學(xué)問(wèn)的。

　　過(guò)充保護，在我們以往的單節電池保護電壓都會(huì )高出電池充飽電壓50~150mV。但是聚合物鋰電池不一樣，如果你要想延長(cháng)電池壽命，你的保護電壓就選擇電池的充飽電壓，甚至還要比此電壓低一些。比如錳鋰電池，可以選擇4.18V~4.2V。因為它是多串數的，整個(gè)電池組的壽命容量主要是以容量最低的那顆電池以準，小容的總是在大電流高電壓工作，所以衰減加快。而大容量每次都是輕充輕放，自然衰減要慢得多了。為了讓小容量的電池也是輕充輕放，所以過(guò)充保護電壓點(diǎn)不要選擇太高。這個(gè)保護延時(shí)可以做到1S，防止脈沖的影響從而保護。

　　過(guò)放保護，也是與電池的材料有關(guān)，如錳鋰電池一般選擇在2.8V~3.0V。盡量要比它單顆電池過(guò)放的電壓稍高點(diǎn)。因為，在國內生產(chǎn)的電池，電池電壓低于3.3V后，各顆電池的放電特性完全不一，因此是提前保護電池，這樣對電池的壽命是一個(gè)很好的保護?？偟膩?lái)說(shuō)就是盡量讓每一顆電池都工作在輕充輕放下工作，一定是對聚合物鋰電池的壽命是一個(gè)幫助。

　　過(guò)放保護延滯時(shí)間，它要根據負載的不同而有所改變，比如電動(dòng)工具類(lèi)的，其啟動(dòng)電流一般都在10C以上，因此會(huì )在短時(shí)間內把聚合物鋰電池的電壓拉到過(guò)放電壓點(diǎn)從而保護。此時(shí)無(wú)法讓電池工作。

　　MOS管的損壞主要是溫度急劇升高，它的發(fā)熱也是電流的大小及本身的內阻來(lái)決定的，當然小電流，對MOS沒(méi)什么影響，但是大電流呢，這個(gè)就要好好做些處理了，在通過(guò)額定電流時(shí)，小電流10A以下，我們可以直接用電壓來(lái)驅動(dòng)MOS管。大電流，一定是要加驅動(dòng)，給MOS足夠大的驅動(dòng)電流。以下在MOS管驅動(dòng)有講到工作電流，在設計的時(shí)候，MOS管上不能存在超過(guò)0.3W的功率。計算公式：I2*R/N。R為MOS的內阻，N為MOS的數量。如果功率超過(guò)，MOS會(huì )產(chǎn)生25度以上的溫升，又因它們都是密封的，就算有散熱片，長(cháng)時(shí)間工作時(shí)，溫度還是會(huì )上去，因為他沒(méi)地方可散熱。當然MOS管是沒(méi)任何問(wèn)題，問(wèn)題是他產(chǎn)生熱量會(huì )影響到電池，畢竟保護板是與電池放在一起的。

　　二、聚合物鋰電池過(guò)流保護（最大電流）

　　此項是聚合物鋰電池保護板必不可少的，非常關(guān)鍵的一個(gè)保護參數。保護電流的大小與MOS的功率息息相關(guān)，因此在設計時(shí)，要盡量給出MOS能力的余量。在布板的時(shí)候，電流檢測點(diǎn)一定要選好位置，不能只接通就行，這需要經(jīng)驗值。一般建議接在檢測電阻的中間端，還要注意電流檢測端的干擾問(wèn)題，因為它的信號很容易受到干擾。

　　過(guò)流保護延時(shí)，它也是要根不同的產(chǎn)品做相應的調整。

　　三、聚合物鋰電池短路保護

　　嚴格來(lái)講，他是一個(gè)電壓比較型的保護，也就是說(shuō)是用電壓的比較直接關(guān)斷或驅動(dòng)的，不要經(jīng)過(guò)多余的處理。

　　短路延時(shí)的設置也很關(guān)鍵，因為在聚合物鋰電池中，輸入濾波電容都是很大的，在接觸時(shí)第一時(shí)間給電容充電，此時(shí)就相當于電池短路來(lái)給電容充電。

　　四、聚合物鋰電池溫度保護

　　一般在智能電池上都會(huì )用到，但往往它的完美總會(huì )帶來(lái)另一方面的不足。我們主要是檢測電池的溫度來(lái)斷開(kāi)總開(kāi)關(guān)保護電池本身或負載。如果是在一個(gè)恒定的環(huán)境條件下，當然不會(huì )有什么問(wèn)題。由于電池的工作環(huán)境是不可控的，太多太復雜的變化，因此不好選擇。如在北方的冬天，定在多少合適？又如夏天的南方地區，又定多少合適？顯然范圍太寬不可控的因素太多，仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智的去選擇了。

　　五、聚合物鋰電池MOS保護

　　主要是MOS的電壓，電流與溫度。當然就是牽扯到MOS管的選型了。MOS的耐壓當然要超過(guò)電池組的電壓，這是必須的。電流講的是在通過(guò)額定電流時(shí)MOS管體上的溫升了一般不超過(guò)25度的溫升，個(gè)人經(jīng)驗值，只供參考。

　　MOS的驅動(dòng)，用低內阻大電流的MOS管，但為何還有蠻高的溫度？這是MOS管的驅動(dòng)部分沒(méi)有做好，驅動(dòng)MOS要有足夠大的電流，具體多大的驅動(dòng)電流，要根據功率MOS管的輸入電容來(lái)定。因此，一般的過(guò)流與短路驅動(dòng)都不能用芯片直接驅動(dòng)，一定要外加。在大電流（超過(guò)50A）工作時(shí)，一定要做到多級多路驅動(dòng)，才能保證MOS的同一時(shí)間同一電流正常打開(kāi)與關(guān)閉。因為MOS管有一個(gè)輸入電容， MOS管功率，電流越大，輸入電容也就越大，如果沒(méi)有足夠的電流，不會(huì )在短時(shí)間做出完整的控制。尤其是電流超過(guò)50A時(shí)，電流設計上更要細化，一定要做到多級多路驅動(dòng)控制。這樣才能保證MOS的正常過(guò)流與短路保護。

　　MOS電流平衡，主要講的是多顆MOS并起來(lái)用時(shí)，要讓每一顆MOS管通過(guò)的電流，打開(kāi)與關(guān)閉時(shí)間都是一致的。這就要在畫(huà)板方面入手了，它們的輸入輸出一定要對稱(chēng)，一定要保證每一個(gè)管子通過(guò)的電流是一致這才是目的。

　　六、聚合物鋰電池自耗電量

　　這個(gè)參數對聚合物鋰電池來(lái)說(shuō)，自然是越小越好，最理想的狀態(tài)是為零，但不可能做到這一點(diǎn)。就是因為人人都想把這個(gè)參數做小，有很多人的要求更低，甚至離譜，保護板上有芯片，它們是要工作的，可以做到很低，但是可靠性呢？應該是在性能可靠完全OK的情況下再來(lái)考量自耗電的問(wèn)題。有些朋友也許進(jìn)入了誤區，自耗電分為整體的自耗電和每一串的自耗電。

　　聚合物鋰電池整體自耗電，如果在100~500uA都是沒(méi)什么問(wèn)題的，因為聚合物鋰電池的容量本身就很大。如5AH的電池，放電500uA，要放多久，因此對整個(gè)電池組來(lái)講是很微弱的。

　　每串自耗電才最關(guān)鍵的，這個(gè)也不可能為零，當然也是在性能完全可行情況下進(jìn)行，但有一點(diǎn)，每一串的自耗電量一定要一致，一般每一串的差別不能超過(guò)5uA。這點(diǎn)大家應該知道，如果每一串的自耗電不一時(shí)，那么在長(cháng)時(shí)間擱置下，電池的容量一定會(huì )產(chǎn)生變化的。

　　七、均衡

　　均衡是此文章的論述的重點(diǎn)。目前最通用的均衡方式分為兩種，一種就是耗能式的，另一種就是轉能式的。

　　A、耗能式均衡，主要是把多串電池中某節電池的電量或電壓高的用電阻把多余的電能損耗掉。它也分如下三種。

　?、俪潆姇r(shí)時(shí)均衡，它主要是在充電時(shí)任何一顆電池的電壓高出所有平均電壓時(shí)，它就啟動(dòng)均衡，無(wú)論電池的電壓在什么范圍，它主要是應用在智能軟件方案上。此方案的優(yōu)點(diǎn)它能有更多的時(shí)間去做聚合物鋰電池的電壓均衡。

　?、陔妷憾c(diǎn)均衡，就是把均衡啟動(dòng)定在一個(gè)電壓點(diǎn)上，如錳鋰電池，很多就定在4.2V開(kāi)始均衡。這種方式只是在電池充電的末端進(jìn)行，所以均衡時(shí)間較短，用處可想而知。

　?、垤o態(tài)自動(dòng)均衡，它也可以在聚合物鋰電池充電的過(guò)程中進(jìn)行，也可以在放電時(shí)進(jìn)行，更有特點(diǎn)的是，電池在靜態(tài)擱置時(shí)，如果電壓不一致時(shí)，它也在均衡著(zhù)，直到電池的電壓達到一致。但有人認為，電池都沒(méi)工作了，為什么保護板還是在發(fā)熱呢？

　　以上三種方式都以是參考電壓來(lái)實(shí)現均衡的。但是，電池電壓高不一定代表容量就高，也許截然相反。詳情以下論述。

　　其優(yōu)點(diǎn)就是成本低，設計簡(jiǎn)單，在聚合物鋰電池電壓不一致時(shí)能起到一定的作用，主要體現在電池長(cháng)時(shí)間擱置自耗引起的電壓不一致。理論上是有微弱的可行性。

　　缺點(diǎn)，聚合物鋰電池電路復雜，元件多，溫度高，防靜電差，故障率高。

　　當新單體電池分容分壓分內阻過(guò)后組成PACK，總會(huì )有各別的單體容量偏低，而往往容量最低的那顆單體，在充電的過(guò)程中電壓一定是上升最快的，也是它最先到達啟動(dòng)均衡電壓的，此時(shí)，大容量的單體還沒(méi)達到電壓點(diǎn)而沒(méi)有啟動(dòng)均衡，小容量的確開(kāi)始均衡了，這樣每一次的循環(huán)工作，這顆小容量的單體一直處于飽充飽放的狀態(tài)下工作，而它也是衰老最快的，同時(shí)內阻自然也會(huì )慢慢的比其它的單體增高，從而形成一個(gè)惡性循環(huán)，這是一個(gè)極大的弊端。

　　聚合物鋰電池元件越多，故障率自然就高了。

　　溫度，可想而知，耗能式的，是想把所謂多余的電量用電阻以發(fā)熱的形式來(lái)耗掉多余的電能，它確成了名副其實(shí)發(fā)熱源。而高溫對電芯本身來(lái)講是非常致命的一個(gè)相當因素，它可能會(huì )讓電池燃燒，也可能會(huì )引起聚合物鋰電池爆炸。本來(lái)是在想盡一切辦法去減少整個(gè)電池包的溫度產(chǎn)生，而耗能均衡呢？同時(shí)它的溫度高得驚人，大家可以去測試一下，當然是在全封閉的環(huán)境下?？偟膩?lái)說(shuō)，它是一個(gè)發(fā)熱體，熱是電池的致命天敵。

　　靜電，個(gè)人設計保護板時(shí)，從來(lái)不用小功率的 MOS管，哪怕一顆都不用。因為本人在這一塊吃過(guò)太多的虧了。就是MOS管的靜電問(wèn)題。先不說(shuō)小MOS在工作的環(huán)境，就說(shuō)在生產(chǎn)加工PCBA貼片時(shí)，如果車(chē)間的濕度低于60%，小MOS生產(chǎn)出來(lái)的不良率都會(huì )超過(guò)10%以上，然后再濕度調到80%。小MOS的不良率為零?？梢栽囋?。這要表明一個(gè)什么問(wèn)題呢？ 如果聚合物鋰電池在北方的冬天，小MOS是否能通過(guò)，這需要時(shí)間來(lái)驗證的。再有，MOS管的損壞只有短路，如果短路那可想而知，就意味著(zhù)這組電池馬上要損壞。更何況我們的均衡上的小MOS用得還不少呢。

　　B、能量轉移式均衡，它是讓大容量的電池以?xún)δ艿姆绞睫D移到小容量的電池，聽(tīng)起來(lái)感覺(jué)很智能很實(shí)用。它也分容量時(shí)時(shí)均衡與容量定點(diǎn)均衡。它是以檢測電池的容量來(lái)做均衡的，但是好像沒(méi)考慮到電池的電壓?？梢韵胂?，以10AH的電池組為例，假如電池組中有一顆容量在10.1AH，一顆容量小點(diǎn)的在9.8AH，充電電流為2A，能量均衡電流為0.5A。這時(shí)10.1AH的要給小容量9.8AH的轉能充電，而9.8AH的電池充電電流就是2A+0.5A=2.5A，這時(shí)9.8AH電池的充電電流就是2.5A，這時(shí)9.8AH的容量是補進(jìn)去了，可是9.8AH 電池的電壓會(huì )是多少呢？顯然會(huì )比其它電池的上升得更快，如果到了充電末端，9.8AH的一定會(huì )大大提前過(guò)充保護，在每一次的充放電循環(huán)，小容量電池一直處在深充深放的狀態(tài)。而其它電池是否有充飽，不確定因素太多。

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