多电芯串联锂离子电池的保护功能
EV技研
公众号EV技研作者19002019/06/20 电动汽车 IP:北京

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锂离子电池保护 IC R5432V 

使用保护 IC,实现五电芯 BMS

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 图 13 所示为多电芯串联锂离子电池的保护 IC  R5432V(Ricoh)。其电路图如图 14 所示。

图14.png


 该 IC 可以管理最多 5 串的锂离子电池组。 保护项目除了过充电、过放电、过电流等基本功 能外,还具有放电型电芯均衡功能、断路检测功能。 图 14(b)具有上述所有功能的电路示例。 当然,该 IC 也可以保护电芯。电芯的保护电路如 图 14(a)所示。单个电芯与 5 串电芯锂离子电池组的 保护电路的元件完全不同。 

电芯均衡功能的实现 

图14续.png


R5432V 在电芯电压超过电芯均衡检测电压后开始 动作,使图 14(b)所示的 MOSFET 开通,电芯放电。 当电芯电压低于电芯均衡检测电压时,主动均衡 动作便会停止。 

断路检测功能

 当 IC 内部低于检测电路阻抗的电流路径周期性地 接通时,就可以判定该处发生了断路。 若发生断路,就直接进入下一循环,立即进入禁 止充电状态。 


多电芯串联保护基板设计注意事项 

多电芯串联锂离子电池组既可以承受高压,也可 以承受大电流。图 14(b)所示为保护电路,粗线表 示大电流经过部分,所以基板布线被设计成粗短状。 

寄生电阻引发的输入电压误差

 

图15.png


图 15 所示为放电型电芯均衡电路和寄生电阻。 电芯均衡电流流动时,输入到保护电路的电压 Vin 会产生下式所示的误差: VIN = VCELL - (RPARA1 + RPARA2) × ICB 

寄生电阻引发的电流检测误差

图16.png


 图 16 所示为充放电电流检测电路与寄生电阻、电 流检测电阻。 通过接地端生成基准电压,并对输入端子的电压 进行监控时,充放电电流的路径上若存在寄生电阻, 则输入电压可用公式表示:

VIN = (RPARA + RSENS) × IDSG RPARA + RSENS 产生的误差,比实际电流值更大。 通过假设电流的通常动作范围进行保护,存在误 动作的可能性。 

大电流 / 大电压引发的基板线路 / 元器件损坏

 多电芯串联锂离子电池组的充放电电流取决于电 缆、印制板的铜箔的容许电流值。若电流过大,则线 路会出现发热、断路等问题。这些需要特别注意。 同时,还必须减小充放电控制 FET 的通态电阻, 以及关断电流时的耐压性能。

  高压暴露部分的注意事项

 以 5 串电池组为例,假设电芯电压为 4V,则保护 基板上的电压为 20V。 完成保护基板与电池的组装后,高压线与低电阻 接地线等一旦发生短路,就会有大电流流过,十分危险, 需要注意。 当基板上搭载有微处理器等耐压性能较差的元器 件时,高压会引发短路。此时,耐压性能较差的元件 就会受损。

图17.png


 图 17 所示为与电池组的正极相连的香蕉插头多次 与电池组负极发生短路后的样子。 受引发短路的对象影响,可能会发生瞬时大电流 熔断焊料或插头被焊接等情况,十分危险。 

寄生电阻 / 电感影响 

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图 18 所示为 5 串电池组上连接大负载,放电至过 电流检测程度后突然切断电流时的电压的波动。此时, 该电池组的正极电压急剧上升至空载时的 3 倍以上。 这是因为该电池组受到了自身和线路寄生电感的 影响。进行基板设计和布局时,有必要将该影响因素 考虑在内,并且有必要将电源、接地的影响最小化, 以保证其稳定性。

 保证电芯均衡不崩溃

 即使安装了电芯均衡电路,其功能也有一定的局 限性。必须注意每个电芯的电流是否均一。

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 如图 19 所示,虽然电压最低侧的电池电压适用于 微控制器,但随着时间的推移,该电芯的容量比其他 电芯消耗得更快,导致电芯均衡崩溃。而电压调节器 可以控制所有电芯的电压,让所有的电芯的容量被同 步消耗,从而保证电芯容量均衡

总而言之,在保存电池组时,需要将让所有电芯 保持均衡。而电池受温度影响,劣化速度会发生变化, 自放电量也会发生变化。所以,保存电池组时,应避 免将其放置于温度过低或过高的环境中,并避免将其 置于接近过充电或过放电的状态。电池组的保存环境 极其严苛。 


笔者介绍            大岛将史 

Ricoh 电子机械(株式会社) 设计中心设计部  2002 年入社,跑遍了半导体相关事务所。 2009 年开始从事锂离子电池保护相关产品的电路设计。

 ● 兴趣爱好 乘坐飞机前往国内外各地、出海钓鱼、品尝鲜美鱼肉。 


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~~空空如也
风雨不眠隔夜的你
4年10个月前 IP:四川
860217

顶一个,刚好是学习车辆工程的。。。

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