延長鋰電池壽命及安全使用方法

   正確使用鋰電池是保證電池使用壽命的主要原因,電池的保護(hù)設(shè)施也是必要的硬件設(shè)施,相關(guān)的內(nèi)容太多,下面將一一講述:

理論上來講，動力多串電池保護(hù)板已經(jīng)沒有太多的電子技術(shù)含量了，比如電路與軟件，有太多的選擇。其主要是把保護(hù)部分如何做到穩(wěn)定，可靠，更安全，更實用，當(dāng)然價格也是其中之一。想要真正的想把它做好，那是一件非常細(xì)心而又漫長的輪回工作。要按經(jīng)驗與技術(shù)值的占比比值的話，技術(shù)只占20% 。經(jīng)驗要占到80% 。做好動力電池保護(hù)板沒有個三五年的經(jīng)驗，還是有困難的。當(dāng)然做好與能做是兩回事。為什么會有這樣的結(jié)論呢？這是有依據(jù)的。說實話，保護(hù)板的方案電路并不，只要在電池電子行業(yè)工作了一兩年，設(shè)計個電路與抄襲人家一個電路不是什么難事。比如：多串動力電池他主要是高電壓，大電流，高內(nèi)阻工作（微電流），電池包工作環(huán)境的考量等等，這都牽扯到多年的電子專業(yè)綜合經(jīng)驗。大到要對整個PACK的了解，小到一個電阻，電容或晶體管的選型，或是布板時的注意細(xì)節(jié)。總的一句話，保護(hù)板主要是穩(wěn)定，可靠，安全的保護(hù)電池組，保證電池組的正常安全使用或使用得更久，添加的特有技術(shù)與功能，都是浮云。下面我們來討論一下。

　　動力電池保護(hù)板，顧名思義，它是用來保護(hù)電池不讓損壞與延長電池的使用壽命。而且它只在電池出現(xiàn)極端問題的下作出最穩(wěn)定最有效的保護(hù)防止出現(xiàn)意外。平時不應(yīng)該動作，當(dāng)然，監(jiān)視工作是要的，就像我們的家用電器中的保險絲或保險開關(guān)一樣。這是本文討論分析的宗旨。
　　保護(hù)項目及注意事項
　　1.電壓保護(hù)：過充，過放，這要根據(jù)電池的材料不同而有所改變，這點看似簡單，但要細(xì)節(jié)上來看，還是有經(jīng)驗學(xué)問的。
　　過充保護(hù)，在我們以往的單節(jié)電池保護(hù)電壓都會高出電池充飽電壓50~150mV。但是動力電池不一樣，你要想延長電池壽命，你的保護(hù)電壓就選擇電池的充飽電壓，甚至還要比此電壓還低些。比如錳鋰電池，可以選擇4.18V~4.2V。它是多串?dāng)?shù)的，整個電池組的壽命容量主要是以容量最低的那顆電池以準(zhǔn)，小容的總是在大電流高電壓工作，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。讓小容量的電池也是輕充輕放，過充保護(hù)電壓點不要選擇太高。保護(hù)延時可以做到1S，防止脈沖的影響從而保護(hù)。
　　過放保護(hù)，也是與電池的材料有關(guān)，如錳鋰電池選擇在2.8V~3.0V。盡量要比它單顆電池過放的電壓稍高點。，在國內(nèi)生產(chǎn)的電池，電池電壓低于3.3V后，各顆電池的放電特性不一，是提前保護(hù)電池，這樣對電池的壽命是一個很好的保護(hù)。
　　總的一點盡量讓每一顆電池都工作在輕充輕放下工作，是對電池的壽命是一個幫助。
　　過放保護(hù)延滯時間，它要根據(jù)負(fù)載的不同而有所改變，比如電動工具類的，他的啟動電流都在10C，會在短時間內(nèi)把電池的電壓拉到過放電壓點從而保護(hù)。無法讓電池工作。這是值得注意的地方。
　　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(nèi)阻來決定的，當(dāng)然小電流，對MOS沒什么影響，但是大電流呢，就要好好做些了， 在通過額定電流時，小電流10A以下，我們可以直接用電壓來驅(qū)動MOS管。大電流，是要加驅(qū)動，給MOS足夠大的驅(qū)動電流。以下在MOS管驅(qū)動有講到工作電流，在設(shè)計的時候，MOS管上不能存在超過0.3W的功率。計算工式：I2*R/N。R為MOS的內(nèi)阻，N為MOS的數(shù)量。功率超過，MOS會產(chǎn)生25度的溫升，又因都是密封的，就算有散熱片，長時間工作時，溫度還是會上去，他沒地方可散熱。當(dāng)然MOS管是沒問題，問題是他產(chǎn)生熱量會影響到電池，畢竟保護(hù)板是與電池放在一起的。
　　2.過流保護(hù)（最大電流），此項是保護(hù)板必不可少的，非常關(guān)鍵的一個保護(hù)參數(shù)。保護(hù)電流的大小與MOS的功率息息相關(guān)，在設(shè)計時，要盡量給出MOS能力的余量。在布板的時候，電流檢測點要選好，不能只接通就行，這經(jīng)驗值。建議接在檢測電阻的端。還要注意電流檢測端的干擾問題，它的信號很受到干擾。
　　過流保護(hù)延時，它也是要根不同的產(chǎn)品做相應(yīng)的。在此不多說了。
　　3.短路保護(hù)：嚴(yán)格來講，他是一個電壓比較型的保護(hù)，也講是用電壓的比較直接關(guān)斷或驅(qū)動的，不要多余的。
　　短路延時的設(shè)置也很關(guān)鍵，在我們的產(chǎn)品中，輸入濾波電容都是很大的，在接觸時第一時間給電容充電，就相當(dāng)于電池短路來給電容充電。
　　4. 溫度保護(hù)：在智能電池上都會用到，也是不可少的。但往往它的完美總會帶來另一的不足。我們主要是檢測電池的溫度來斷開總開關(guān)來保護(hù)電池本身或負(fù)載。是在一個恒定的環(huán)境條件下，當(dāng)然不會有什么問題。電池的工作環(huán)境是我們不可控的，太多太的變化，不好選擇。如在北方的冬天，我們定在多少合適？又如夏天的南方地區(qū)，又定多少合適？顯然范圍太寬不可控的因素太多，仁者見仁，智者見智的去選擇了。
　　5.MOS保護(hù)：主要是MOS的電壓，電流與溫度。當(dāng)然牽扯到MOS管的選型了。MOS的耐壓當(dāng)然要超過電池組的電壓，這是的。電流講的是在通過額定電流時MOS管體上的溫升了不超過25度的溫升，個人經(jīng)驗值，只供參考。
　　MOS 的驅(qū)動，也許會有的人會講，我有用低內(nèi)阻大電流的MOS管，但為何還有蠻高的溫度？這是MOS管的驅(qū)動部分沒有做好，驅(qū)動MOS要有足夠大的電流，具體多大的驅(qū)動電流，要根據(jù)功率MOS管的輸入電容來定。，的過流與短路驅(qū)動都不能用芯片直接驅(qū)動，要外加。在大電流（超過50A）工作時，要做到多級多路驅(qū)動，才能保證MOS的同一時間同一電流正常打開與關(guān)閉。MOS管有一個輸入電容， MOS管功率，電流越大，輸入電容也就越大，沒有足夠的電流，不會在短時間做出完整的控制。尤其是電流超過50A時，電流設(shè)計上更要細(xì)化，要做到多級多路驅(qū)動控制。這樣才能保證MOS的正常過流與短路保護(hù)。
　　MOS電流平衡，主要講的是多顆MOS并起來用時，要讓每一顆MOS管通過的電流，打開與關(guān)閉時間都是一致的。這就要在畫板入手了，的輸入輸出要對稱，要保證每一個管子通過的電流是一致這才是目的。
　　6. 自耗電量， 參數(shù)是越小越好，最理想的是為零，但不做到這一點。人人都想把參數(shù)做小，有人的要求更低，甚至離譜，我們想想，保護(hù)板上有芯片，是要工作的，可以做到很低，但是可靠性呢？應(yīng)該是在性能可靠OK的下再來考量自耗電的問題。有些朋友也許進(jìn)入了誤區(qū)，自耗電分為整體的自耗電和每一串的自耗電。
　　整體自耗電，在100~500uA都是沒什么問題的，動力電池的容量本身就很大。當(dāng)然電動工具的分析。如5AH的電池，放電500uA，要放多久，對整個電池組來講是很微弱的。
　　每串自耗電才最關(guān)鍵的，也不為零，當(dāng)然也是在性能可行下進(jìn)行，但有一點，每一串的自耗電量要一致，每一串的差別不能超過5uA。這點大家應(yīng)該知道，每一串的自耗電不一時，那么在長時間擱置下，電池的容量會產(chǎn)生變化的。

　　7.均衡：均衡這一塊是此文章的論述的重點。目前最通用的均衡方式分為兩種，一種耗能式的，另一種轉(zhuǎn)能式的。

　　一，充電時時均衡，它主要是在充電時一顆電池的電壓高出電池平均電壓時，它就啟動均衡，無論電池的電壓在什么范圍，它主要是應(yīng)用在智能軟件方案上。當(dāng)然如何定義可以由軟件任意。此方案的優(yōu)點它能有更多的時間去做電池的電壓均衡。

　　二，電壓定點均衡，把均衡啟動定在一個電壓點上，如錳鋰電池，就定在4.2V開始均衡。這種方式只是在電池充電的末端進(jìn)行，均衡時間較短，用處可想而知。

　　三，靜態(tài)自動均衡，它也可以在充電的過程中進(jìn)行，也可以在放電時進(jìn)行，更有特點的是，電池在靜態(tài)擱置時，電壓不一致時，它也在均衡著，直到電池的電壓達(dá)到一致。但有人認(rèn)為，電池都沒工作了，為什么保護(hù)板還是在發(fā)熱呢？

　　三種方式都以是參考電壓來實現(xiàn)均衡的。但是，電池電壓高不代表容量就高，也許截然相反。以下論述。

　　其優(yōu)點成本低，設(shè)計簡單，在電池電壓不一致時能起到的作用，主要體現(xiàn)在電池長時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，電路，元件多，溫度高，防靜電差，故障率高。

　　當(dāng)新單體電池分容分壓分內(nèi)阻過后組成PACK，總會有各別的單體容量偏低，而往往容量最低的那顆單體，在充電的過程中電壓是上升最快的，也是它最先到達(dá)啟動均衡電壓的，，大容量的單體還沒達(dá)到電壓點而沒有啟動均衡，小容量的確開始均衡了，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下工作，而它也是衰老最快的，內(nèi)阻自然也會慢慢的比的單體增高，從而形成一個惡性循環(huán)。這是一個極大的弊端。

　　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)熱的形式來耗掉多余的電能，它確成了名副其實發(fā)熱源。而高溫對電芯本身來講是非常致命的一個相當(dāng)因素，它會讓電池燃燒，也會引起電池爆炸。本來我們是在想盡一切辦法去減少整個電池包的溫度產(chǎn)生，而耗能均衡呢？它的溫度高得驚人，大家可以去測試一下，當(dāng)然是在全封閉的環(huán)境下。總的，它是一個發(fā)熱體，熱是電池的致命天敵。

　　靜電，我個人設(shè)計保護(hù)板時，從來不用小功率的 MOS管，哪怕一顆都不用。本人在這一塊吃過太多的虧了。MOS管的靜電問題。先不說小MOS在工作的環(huán)境，就說在生產(chǎn)加工PCBA貼片時，車間的濕度低于60%，小MOS生產(chǎn)出來的不良率都會超過10%，然后再濕度調(diào)到80%。小MOS的不良率為零。可以試試。這要表明一個什么問題呢？ 我們的產(chǎn)品在北方的冬天，小MOS是否能通過，這時間來驗證的。再有，MOS管的損壞只有短路，短路那可想而知，就意味著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。有人會恍然，難怪退回來的貨，都是均衡壞掉而引起單體電池?fù)p壞，而且都是MOS壞掉了。電芯廠與保護(hù)板廠開始扯皮了。是誰的錯呢？

　　B、能量轉(zhuǎn)移式均衡，它是讓大容量的電池以儲能的方式轉(zhuǎn)移到小容量的電池，聽起來感覺很智能很實用。它也分容量時時均衡與容量定點均衡。它是以檢測電池的容量來做均衡的，但是好像沒考慮到電池的電壓。可以想想，以10AH的電池組為例，假如電池組中有一顆容量在10.1AH，一顆容量小點的在9.8AH，充電電流為2A，能量均衡電流為0.5A。10.1AH的要給小容量9.8AH的轉(zhuǎn)能充電，而9.8AH的電池充電電流2A+0.5A=2.5A，9.8AH電池的充電電流2.5A，9.8AH的容量是補進(jìn)去了，可是9.8AH 電池的電壓會是多少呢？顯然會比電池的上升得更快，到了充電末端，9.8AH的會大大提前過充保護(hù)，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。而電池是否有充飽，不確定因素太多。