介紹如何對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行維護(hù)

鋰離子電池已經(jīng)融入了我們的日常生活。我們能生產(chǎn)的常用產(chǎn)品有電動(dòng)摩托車、便攜式電動(dòng)工具、插電式混合動(dòng)力汽車等。只要電池一接觸，鋰離子電池就會(huì)存在。

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電池處理系統(tǒng)(BMS)中的一個(gè)關(guān)鍵安全功能，其重要目的是在非正常情況下將電池組與負(fù)載或充電器隔離。本文將討論檢測(cè)塊及其在電源場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用，以保證鋰離子電池組的安全運(yùn)行。

電源FET功能塊看起來(lái)并不凌亂:將FET連接到充電器或負(fù)載;當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，關(guān)閉FET。為了作為能量場(chǎng)效應(yīng)晶體管正常工作，規(guī)劃工程師要了解負(fù)載條件、電池組約束和功能塊電路。

在電池處理系統(tǒng)中，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是通過(guò)比較電池電壓、電池組電流、溫度、負(fù)載和充電監(jiān)視器來(lái)控制的。在一個(gè)系統(tǒng)中，功能塊有三種構(gòu)造方式:(1)通過(guò)離散的組件，這些組件要額定的板空間，程序工程師要對(duì)每個(gè)子塊有深入的理解。(2)功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成了大部分子功能塊，可作為多核監(jiān)控/均衡器的配套IC。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)技術(shù)在核心數(shù)量(16個(gè)電池)高的應(yīng)用中很有用，比如太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)和智能電網(wǎng)。(3)完全集成的BMSIC(如ISL94202、ISL94203、ISL94208)中的powerFET功能塊。這三種方法的功能大致相同。本文解釋了每個(gè)子塊的內(nèi)在功能以及不同應(yīng)用程序的規(guī)劃考慮。

考慮圖1中的電路配置。該系統(tǒng)配備了一個(gè)高側(cè)串聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)晶體管連接到發(fā)動(dòng)機(jī)。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的通斷(開(kāi))狀態(tài)取決于電池電壓、充放電電流、溫度和監(jiān)控管腳的狀態(tài)。子塊中描述的任何故障都可能導(dǎo)致一兩次FET關(guān)閉。

Vcell檢測(cè)

無(wú)電池平衡的Vcell檢測(cè)用于監(jiān)視過(guò)壓、欠壓和開(kāi)路的電池狀態(tài)。電池的欠壓狀態(tài)關(guān)于檢測(cè)電池組的空載狀態(tài)，防止電池脫離電壓的有效區(qū)域非常重要。鋰離子電池的用途面積為2.5v-4.2v。鋰聚合物電池的用途區(qū)為2.5v-3.6v。根據(jù)電池的化學(xué)性質(zhì)和計(jì)劃，電池的束縛電壓決定了滿載和空載電池的極限。電池充電時(shí)不能超過(guò)電壓上限，否則會(huì)對(duì)電池造成損壞。大多數(shù)BMS集成電路繼續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)壓和欠壓條件，不管電池充電。

在測(cè)量了電池中所有的電池后，陳表示，電池中最強(qiáng)和最弱的電池之間的總電壓差是有用的。大電池電壓差可區(qū)分開(kāi)電池或開(kāi)線工作。大多數(shù)系統(tǒng)都有開(kāi)路測(cè)試，以確保測(cè)量系統(tǒng)連接到電池上。開(kāi)路試驗(yàn)不如電池電壓測(cè)量好，電池壓差計(jì)算結(jié)果可作為系統(tǒng)故障的早期預(yù)警。

開(kāi)路電池操作是指電池內(nèi)部的開(kāi)路可能被外部連接損壞。工作可能是緩慢發(fā)生的，也可能是突然發(fā)生的。開(kāi)路電池工作的可能原因包括老化、電池制造質(zhì)量差或長(zhǎng)期暴露在惡劣條件下。外部連接的損壞通常是由電池組的不良結(jié)構(gòu)引起的。

當(dāng)電池組連接到負(fù)載時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)大量的輸入電流。注入電流乘以電池的阻抗失配將導(dǎo)致電池電壓的嚴(yán)重失配。陳工作的時(shí)候，有些芯片會(huì)延遲，有些則不會(huì)。

電流檢測(cè)

大多數(shù)用于測(cè)量電流的電池系統(tǒng)都有三個(gè)電流比較器:放電短路(DSC)、放電過(guò)流(DOC)和充電過(guò)流(COC)。每個(gè)比較器都有一個(gè)延遲，允許電流在超過(guò)限制一段時(shí)間后才被采用。

負(fù)載受到的控制比充電器少，所以要快速的電流放電檢測(cè)來(lái)關(guān)閉電源FET，防止對(duì)電池或電源FET本身的損壞。DSC工作時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管常常延遲幾十到幾百毫秒才關(guān)閉。DSC延遲包括按時(shí)延遲和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)閉時(shí)間。當(dāng)柵極和電源由隔離電阻連接時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管斷開(kāi)。電阻和柵極電容構(gòu)成RC電路，RC電路決定了FET的截止時(shí)間。