動力鋰離子電池管理系統設計方案

摘要：本文討論了動力鋰電池管理系統的設計方案，以實現對鋰電池動力電池組的過充電保護、過放電保護、過流保護和均衡充電等功能。

1保護電路的功能

1.1過充電保護

對鋰離子電池來說，其充電后單節電芯最高電壓不得超過規定值，否則電池內的電解質會被分解，使得溫度上升并產生氣體，降低電芯的使用壽命，嚴重時甚至會引起爆炸，所以保護電路一定要保證絕對不可過度充電，必須對電池組中每一節電池的端電壓進行監控，當電芯的電壓超過設定值時，即激活過充電保護功能，由保護電路切斷充電回路，中止充電。在電芯電壓回歸到允許的電壓并解除過充鎖定模式時，才能停止保護。不同材料的鋰離子電池其保護電壓和釋放電壓都有其不同的規定值。

另外，還必須注意因噪聲所產生誤動作，為了防止誤判和誤操作，還要設置過充保護延時，并且延遲時間不能短于噪聲的持續時間。當電壓持續超過過充檢測電壓一定時間以上才會觸發過充保護。

1.2過放電保護

鋰離子電池的過度放電，也會縮短其使用壽命，而且對電池造成的損害往往是不可逆的。為了防止鋰離子電池的過放電狀態，當鋰離子電池電壓低于其過放電電壓檢測點時，即激活過放電保護，中止放電，并將電池保持在低靜態電流的待機模式，參數設置類似過充保護。

1.3過電流/短路保護

鋰離子電池的最大放電電流有一定限制，過大的放電電流同樣會引起鋰電池的不可恢復的損壞，影響其使用壽命。

短路保護這個功能其實是過流保護的擴展，若由于外部短路等原因引起的大電流放電時要立刻停止放電，否則對鋰電池本身和外部設備都可能會造成嚴重的損害。

1.4電池均衡

動力鋰離子電池一般都要幾串、幾十串甚至幾百串以上，由于電池在生產過程中，從涂膜開始到成為成品要經過很多道工序，即使經過嚴格的檢測程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時間以后，電池內阻、電壓、容量等參數產生波動，形成不一致的狀態，就會產生這樣或那樣的差異。這種差異體現為電池組充滿或放完時串聯電池芯之間的電壓不相同。這種情況下導致電池組充電的過程中，電壓過高的電池芯提早觸發電池組過充電保護，而在放電過程中電壓過低的電池芯導致電池組過放電保護，從而使電池組的整體容量明顯下降，整個電池組體現出來的容量為電池組中性能最差的電池芯的容量，而且使用時很容易發生過充和過放現象，且不易發現，導致提前失效。因此要求保護電路能夠完成電池單元的均衡操作，用以從具有較高電壓的電池抽取多余的電流，消耗多余的電量，實現電池均衡，最大限度地發揮動力鋰電池的效用，延長電池的使用壽命，增加安全性。目前常用的均衡方法有儲能均衡和電阻均衡。

2.1IC控制

目前可以實現鋰離子電池保護功能的芯片很多，國外、臺灣、大陸都有很多種芯片可以選擇，目前日系理光和精工的方案采用的比較多，方案成熟，外圍電路簡單，但是價格比較貴。

各種保護IC實現的功能相差無幾，其保護模式和外部線路也大同小異，在實際應用中可根據需要選擇不同IC。選擇IC的時候要多方考慮，不同型號的IC的過充電保護電壓是不同的，有4.25V也有4.35V的，還有IC的自身功耗、外圍電路是否夠簡單、保護IC的各參數精度是否符合要求，體積是否足夠小，都要考慮周到。