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)電池的安全性對于鋰離子電池包制造商來說，針對電池供電系統(tǒng)構(gòu)建平安且牢靠的產(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)，包括了電池阻抗、溫度、單元電壓、充電和放電電流以及充電狀態(tài)等，以為系統(tǒng)供應(yīng)具體的剩余運(yùn)轉(zhuǎn)時間和電池健康狀況信息，確保系統(tǒng)作出正確的決策。此外，為了改進(jìn)電池的平安性能，即使只有一種故障發(fā)生，例如過電流、短路、單元和電池包的電壓過高、溫度過高等，系統(tǒng)也會關(guān)閉兩個和鋰離子電池串聯(lián)的背靠背(back-to-back)愛護(hù)MOSFET，將電池單元斷開。基于阻抗跟蹤技術(shù)的電池管理單元（BMU）會在整個電池使用周期內(nèi)監(jiān)控單元阻抗和電壓失衡，并有可能檢測電池的微小短路(micro-short)，防止電池單元造成火災(zāi)乃至爆炸。鋰離子電池平安

過高的工作溫度將加速電池的老化，并可能導(dǎo)致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材料來說，這一點(diǎn)是備受關(guān)注的。大電流的過度充電及短路都有可能造成電池溫度的快速上升。鋰離子電池過度充電期間，活躍得金屬鋰沉積在電池的正極，其材料極大的增加了爆炸的危急性，由于鋰將有可能與多種材料起反應(yīng)而爆炸，包括了電解液及陰極材料。例如，鋰/碳插層混合物(intercalatedcompound)與水發(fā)生反應(yīng)，并釋放出氫氣，氫氣有可能被反應(yīng)放熱所引燃。陰極材料，諸如LiCoO2，在溫度超過175℃的熱失控溫度限（4.3V單元電壓）時，也將開頭與電解液發(fā)生反應(yīng)。

鋰離子電池使用很薄的微孔膜(micro-porousfilm)材料，例如聚烯烴，進(jìn)行電池正負(fù)極的電子隔離，由于此類材料具有卓越的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及可接受的價格。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(fuse)材料。隨著溫度的上升并達(dá)到聚合體的熔點(diǎn)，材料的多孔性將失效，其目的是使得鋰離子無法在電極之間流淌，從而關(guān)斷電池。同時，熱敏陶瓷(PCT)設(shè)備以及平安排出口(safetyvent)為鋰離子電池供應(yīng)了額外的愛護(hù)。電池的外殼，一般作為負(fù)極接線端，通常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。隨著時間的推移，微粒有可能遷移至隔離器，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微小短路將允許電子肆意的流淌，并最終使電池失效。絕大多數(shù)狀況下，此類失效等同于電池?zé)o法供電且功能完全終止。在少數(shù)狀況下，電池有可能過熱、熔斷、著火乃至爆炸。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(chǎn)品召回。電池管理單元(BMU)以及電池愛護(hù)

電池材料的不斷開發(fā)提升了熱失控的上限溫度。另一方面，雖然電池必需通過嚴(yán)格的UL平安測試，例如UL16?2，但供應(yīng)正確的充電狀態(tài)并很好的應(yīng)對多種有可能消失的電子原件故障仍舊是系統(tǒng)設(shè)計人員的職責(zé)所在。過電壓、過電流、短路、過熱狀態(tài)以及外部分立元件的故障都有可能引起電池突變的失效。這就意味著需要實(shí)行多重的愛護(hù)――在同一電池包內(nèi)具有至少兩個獨(dú)立的愛護(hù)電路或機(jī)制。同時，還盼望具備用于檢測電池內(nèi)部微小短路的電子電路以避開電池故障。

圖1展現(xiàn)了電池包內(nèi)電池管理的單元方框圖，其組成包括了電量計集成電路(IC)、模擬前端電路(AFE)、獨(dú)立的二級平安愛護(hù)電路。<imgalt=““src=“/UploadFiles/2015001/20156/Manage/20156314334.jpg”/圖1.電池管理單元

電量計電路設(shè)計用于精確的指示可用的鋰離子電池電量。該電路獨(dú)特的算法允許實(shí)時的追蹤電池包的蓄電量變化、電池阻抗、電壓、電流、溫度以及其它電路信息。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，在電池使用壽命期限內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高精度的電量計量。例如，一系列專利的阻抗追蹤電量計，包括bq20z70，bq20z80以及bq20z90，均可在電池壽命期限內(nèi)供應(yīng)高達(dá)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(shí)現(xiàn)電池單元的過熱愛護(hù)，并用于充電及放電限定。例如，電池單元一般不允許在低于0℃或高于45℃的溫度范圍內(nèi)充電，且不允許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將指令掌握AF