電池管理電子設備如何增強電池的安全性

電池管理電子設備如何增強電池的安全性對于鋰離子電池包制造商來說，針對電池供電系統(tǒng)成立安全且靠譜的產品是至關重要的。電池包中的電池管理電路可以監(jiān)控鋰離子電池的運行狀態(tài)，包含了電池阻抗、溫度、單元電壓、充電和放電電流以及充電狀態(tài)等，認為系統(tǒng)供給詳細的節(jié)余運行時間和電池健康狀況信息，保證系統(tǒng)作出正確的決策。其他，為了改進電池的安全性能，即便只有一種故障發(fā)生，比方過電流、短路、單元和電池包的電壓過高、溫度過高等，系統(tǒng)也會關閉兩個和鋰離子電池串通的背靠背(back-to-back)保護MOSFET，將電池單元斷開?；谧杩棺粉櫦夹g的電池管理單元（BMU）會在整個電池使用周期內監(jiān)控單元阻抗和電壓失衡，并有可能檢測電池的細小短路(micro-short)，防備電池單元造成火災致使爆炸。鋰離子電池安全過高的工作溫度將加速電池的老化，并可能致使鋰離子電池包的熱失控(thermalrun-away)及爆炸。對于鋰離子電池高度活性化的含能資料來說，這一點是備受矚目的。大電流的過分充電及短路都有可能造成電池溫度的快速上升。鋰離子電池過分充電時期，活躍得金屬鋰聚積在電池的正極，其資料極大的增添了爆炸的危險性，由于鋰將有可能與多種資料起反應而爆炸，包含了電解液及陰極資料。比方，鋰/碳插層混雜物(intercalatedcompound)與水發(fā)生反應，并開釋出氫氣，氫氣有可能被反應放熱所引燃。陰極資料，諸如LiCoO2，在溫度高出175℃的熱失控溫度限（4.3V單元電壓）時，也將開始與電解液發(fā)生反應。鋰離子電池使用很薄的微孔膜(micro-porousfilm)資料，比方聚烯烴，進行電池正負極的電子隔斷，由于此類資料擁有優(yōu)異的力學性能、化學牢固性以及可接受的價格。聚烯烴的熔點范圍較低，為135℃至165℃，使得聚烯烴適用于作為熱保險(fuse)資料。隨著溫度的高升并達到聚合體的熔點，資料的多孔性將無效，其目的是使得鋰離子沒法在電極之間流動，進而關斷電池。同時，熱敏陶瓷(PCT)設備以及安全排出口(safetyvent)為鋰離子電池供給了額外的保護。電池的外殼，一般作為負極接線端，平時為典型的鍍鎳金屬板。在殼體密封的狀況下，金屬微粒將可能污染電池的內部。隨著時間的推移，微粒有可能遷徙至隔斷器，并使得電池陽極與陰極之間的絕緣層老化。而陽極與陰極之間的細小短路將同意電子隨意的流動，并最后使電池無效。絕大多數(shù)狀況下，此類無效等同于電池沒法供電且功能完整停止。在少量狀況下，電池有可能過熱、熔斷、著火致使爆炸。這就是近期所報道的電池故障的主要根源，并使得眾多的廠商不得不將其產品召回。電池管理單元(BMU)以及電池保護電池資料的不停開發(fā)提高了熱失控的上限溫度。另一方面，固然電池一定經過嚴格的UL安全測試，比方UL162，但供給正確的充電狀態(tài)并很好的應付多種有可能出現(xiàn)的電子原件故障依舊是系統(tǒng)設計人員的職責所在。過電壓、過電流、短路、過熱狀態(tài)以及外面分立元件的故障都有可能引起電池突變的無效。這就意味著需要采納多重的保護――在同一電池包內擁有最少兩個獨立的保護電路或體系。同時，還希望具備用于檢測電池內部細小短路的電子電路以防備電池故障。圖1展現(xiàn)了電池包內電池管理的單元方框圖，其組成包含了電量計集成電路(IC)、模擬前端電路(AFE)、獨立的二級安全保護電路。圖1.電池管理單元電量計電路設計用于精確的指示可用的鋰離子電池電量。該電路獨到的算法同意實時的追蹤電池包的蓄電量變化、電池阻抗、電壓、電流、溫度以及其余電路信息。電量計自動的計算充電及放電的速率、自放電以及電池單元老化，在電池使用壽命限期內實現(xiàn)了高精度的電量計量。比方，一系列專利的阻抗追蹤電量計，包含bq20z70，bq20z80以及bq20z90，均可在電池壽命限期內供給高達1%精度的計量。單個熱敏電阻被用于監(jiān)測鋰離子電池的溫度，以實現(xiàn)電池單元的過熱保護，并用于充電及放電限制。比方，電池單元一般不同意在低于0℃或高于45℃的溫度范圍內充電，且不同意在電池單元溫度高于65℃時放電。如檢測到過電壓、過電流或過熱狀態(tài)，電量計IC將指令控制AFE關閉充