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时间:2018-01-28
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1、锂电池组充电问题锂离子电池组由多个单体电池串联组合使用时,即使单节电池的性能再优良、质量再好,若配组使用的各单体电池特性不一致,都会导致电池组内部各单体电池过充和过放情况的严重不一致,就内部单个电池而言,组合使用比单个使用更容易发生过充和过放现象,且不易发现。任意一个电池的特性加剧恶化时,将导致电池组内其它电池发生多米诺骨牌效应的连锁性、加剧性损坏。电池组的品质由其中质量最差的一只电池决定,一只电池质量差不仅影响了整个电池组的性能,还会引起恶性的连锁反应,使其电芯差的更差,好的也会迅速变差。一只电芯不好,会使整个电池组损坏,
2、其损失可想而知。[注2]为解决上述问题,目前通用的做法是将单体电池精选配对,组合成优质的电池组,最大限度的减小电池间的差异。但由于我国锂离子电池生产存在生产单位多、原材料性能不稳定、产品质量离散性大等因素,使得电池组的配组技术不完善,造成了质量的不稳定。由于上述原因,动力锂离子电池组在实际使用中(特别是充电时)解决各单节锂电池在电池组中的平衡问题极为重要。电池组各单元电量的平衡可采用电阻平衡、电容平衡、电感平衡等多种方案。本智能能源管理模块采用电容平衡方案,如图3所示。B1、B2……Bn为组成锂离子电池组的各单元电池,S1、
3、S2……Sn 为MCU控制的多路开关,C为平衡电容。当电池组充电时电流I在各节电池的压降,若某节(例如:B2)电池电压高于其他电池超过某值、B3最低,MCU控制的多路开关S2、S3合上,SA、SB切换都在a点,B2通过S2 S3 SA、SB向C充电,在C充满电后,MCU控制的多路开关S3 S4合上,SA、SB切换都在b点,电容C通过S2 S3、SA、SB向B3释放电能,使B2 电压下降,B3电压上升,如此反复循环n次使得锂离子电池组各单元电池能平衡充电。此方案特点亦较为简单、可靠,但使用中应注意掌握好电容充放电时
4、间,其最大的优点是充、放电(工作)使用中,都可平衡各单元电池的功能,且不消耗锂离子电池组的电能。3.3电压检测原理与方案设计 锂离子电池在充电时为防止过充损坏电池,要求其端电压严格控制在4.2V以下,其精度要求为1℅。本智能能源管理模块采用图4所示电压检测方案。其工作原理是:首先MCU控制的多路开关Sn—1、Sn—2、同步的将电容分别的接到各单元电池两端,使电容充电且使电容电压等于被测单元电池的电压;然后MCU控制的多路开关Sn—1、Sn—2、断开,同时合上开关S—1、S—2接入A/D进行测量。此方案可直接使用微处理器内的
5、8位共地A/D,省去另外单独加入A/D,节省了设计成本。3.4温度保护方案设计 锂离子电池充电时对其温度有较高的要求,不能过热(45℃以上)或过冷(-10℃以下),否则将会导致性能下降、损坏、甚至出现其它安全(如爆炸等)问题,因此,对锂离子电池进行温度监测并实行保护是必需的。本方案选用MAXIM公司推出的温度监控器MAX6501-MAX6504,对测量温度值不进行严格检测,只检测温度是否超出了某个预订范围,一旦温度超出所规定的范围则发出报警信号,并启动相应的保护电路。MAX6501-MAX6504是具有逻辑输出的温度监视器
6、件,采用5脚SOT23封装,工作电压范围为2.7V---5.5V。温度检测门限由工厂预置为固定值,可预置范围为-40℃至+115℃,预设间隔为10℃。4结束语本文的技术创新点是:在动力锂离子电池组能源管理中引入了智能化的控制及管理方法,通过内置的微处理器,对动力锂离子电池组提供了平衡保护,发挥锂离子电池的最大性能。开发出的样机经过试验,满足设计要求,目前已在在多家电动自行车厂进行了试用,具有很好的推广价值和经济前景。
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