電池管理電子設(shè)備如何增強(qiáng)電池的安全性

電池管理電子設(shè)備如何增強(qiáng)電池的安全性對(duì)于鋰離子電池包制造商來說，針對(duì)電池供電系統(tǒng)成立安全且靠譜的產(chǎn)品是至關(guān)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(yùn)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(rèn)為系統(tǒng)供給詳細(xì)的節(jié)余運(yùn)行時(shí)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(jìn)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(huì)關(guān)閉兩個(gè)和鋰離子電池串通的背靠背(back-to-back)保護(hù)MOSFET，將電池單元斷開?；谧杩棺粉櫦夹g(shù)的電池管理單元（BMU）會(huì)在整個(gè)電池使用周期內(nèi)監(jiān)控單元阻抗和電壓失衡，并有可能檢測(cè)電池的細(xì)小短路(micro-short)，防備電池單元造成火災(zāi)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(duì)于鋰離子電池高度活性化的含能資料來說，這一點(diǎn)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(shí)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(xiǎn)性，由于鋰將有可能與多種資料起反應(yīng)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(yīng)，并開釋出氫氣，氫氣有可能被反應(yīng)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(shí)，也將開始與電解液發(fā)生反應(yīng)。鋰離子電池使用很薄的微孔膜(micro-porousfilm)資料，比方聚烯烴，進(jìn)行電池正負(fù)極的電子隔斷，由于此類資料擁有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)牢固性以及可接受的價(jià)格。聚烯烴的熔點(diǎn)范圍較低，為135℃至165℃，使得聚烯烴適用于作為熱保險(xiǎn)(fuse)資料。隨著溫度的高升并達(dá)到聚合體的熔點(diǎn)，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(dòng)，進(jìn)而關(guān)斷電池。同時(shí)，熱敏陶瓷(PCT)設(shè)備以及安全排出口(safetyvent)為鋰離子電池供給了額外的保護(hù)。電池的外殼，一般作為負(fù)極接線端，平時(shí)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(nèi)部。隨著時(shí)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(xì)小短路將同意電子隨意的流動(dòng)，并最后使電池?zé)o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(bào)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(chǎn)品召回。電池管理單元(BMU)以及電池保護(hù)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(jīng)過嚴(yán)格的UL安全測(cè)試，比方UL162，但供給正確的充電狀態(tài)并很好的應(yīng)付多種有可能出現(xiàn)的電子原件故障依舊是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的職責(zé)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(hù)――在同一電池包內(nèi)擁有最少兩個(gè)獨(dú)立的保護(hù)電路或體系。同時(shí)，還希望具備用于檢測(cè)電池內(nèi)部細(xì)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(nèi)電池管理的單元方框圖，其組成包含了電量計(jì)集成電路(IC)、模擬前端電路(AFE)、獨(dú)立的二級(jí)安全保護(hù)電路。圖1.電池管理單元電量計(jì)電路設(shè)計(jì)用于精確的指示可用的鋰離子電池電量。該電路獨(dú)到的算法同意實(shí)時(shí)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(jì)自動(dòng)的計(jì)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(nèi)實(shí)現(xiàn)了高精度的電量計(jì)量。比方，一系列專利的阻抗追蹤電量計(jì)，包含bq20z70，bq20z80以及bq20z90，均可在電池壽命限期內(nèi)供給高達(dá)1%精度的計(jì)量。單個(gè)熱敏電阻被用于監(jiān)測(cè)鋰離子電池的溫度，以實(shí)現(xiàn)電池單元的過熱保護(hù)，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(nèi)充電，且不同意在電池單元溫度高于65℃時(shí)放電。如檢測(cè)到過電壓、過電流或過熱狀態(tài)，電量計(jì)IC將指令控制AFE關(guān)閉充