電池保護板爆炸預防辦法

鋰電池具有高電池單體電壓、高比能量和高能量密度，是當前比能量最高的電池。但正是因為鋰電池的能量密度比較高，當發(fā)生誤用或濫用時(shí)，將會(huì )引起安全事故。而電池保護板能夠解決這一問(wèn)題。當電池處在充電過(guò)壓或者是放電欠壓的情況下，電池保護板能夠自動(dòng)切斷充放電回路，其電量均衡的功能能夠保證單節電池的壓差維持在一個(gè)很小的范圍內。此外，還具有過(guò)溫、過(guò)流、剩余電量估測等功能。 

電池保護板系統硬件構成:MCU模塊、檢測模塊、均衡模塊。 

 1、電池保護板的MCU模塊 MCU是系統控制的核心。本文采用的MCU是M68HC08系列的GZ16型號的單片機。該系列所有的MCU均采用增強型M68HC08中央處理器(CP08)。該單片機具有以下特性：

 (1)8MHz內部總線(xiàn)頻率;

(2)16KB的內置FLASH存儲器;

(3)2個(gè)16位定時(shí)器接口模塊;

(4)支持1MHz～8MHz晶振的時(shí)鐘發(fā)生器;

(5)增強型串行通信接口(ESCI)模塊。

 2、電池保護板的檢測模塊 檢測模塊中將對電壓檢測、電流檢測和溫度檢測模塊分別進(jìn)行介紹。

(1)電壓檢測模塊 本系統中，單片機將對電池組的整體電壓和單節電壓進(jìn)行檢測。對于電池組整體電壓的檢測有2種方法：

(1)采用專(zhuān)用的電壓檢測模塊，如霍爾電壓傳感器;(2)采用精密電阻構建電阻分壓電路。采用專(zhuān)用的電壓檢測模塊成本較高，而且還需要特定的電源，過(guò)程比較復雜。所以采用分壓的電路進(jìn)行檢測。10串錳酸鋰電池組電壓變化的范圍是28V～42V。采用3.9M?贅和300k?贅的電阻進(jìn)行分壓，采集出來(lái)的電壓信號的變化范圍是2V～3V，所對應的AD轉換結果為409和*。 對于單體電池的檢測，主要采用飛電容技術(shù)。

(2)電流采樣電路 電流采樣時(shí)，電池管理系統中的參數是電池過(guò)流保護的重要依據。本系統中電流采樣電路如圖2所示。當電池放電時(shí)，用康銅絲對電流信號進(jìn)行檢測，將檢測到的電壓信號經(jīng)過(guò)差模放大器的放大，變?yōu)?～5V的電壓信號送至單片機。如果放電的電流過(guò)大，單片機檢測到的電壓信號比較大，就會(huì )驅動(dòng)三極管動(dòng)作，改變MOS管柵極電壓，關(guān)斷放電的回路。比如，對于36V的錳酸鋰電池來(lái)說(shuō)，設定其保護電流是60A?？点~絲的電阻是5mΩ左右。當電流達到60A時(shí)，康銅絲的電壓達300mV左右。為提高精度，將電壓通過(guò)放大器放大10倍送至單片機檢測。

電阻溫度特性可以近似地用下式來(lái)表示：

 3、電池保護板的均衡模塊 電池組常用的均衡方法有分流法、飛速電容均衡充電法、電感能量傳遞方法等。在本系統中，需要較多的I/O口驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管，而單片機的I/O口有限，所以采取整充轉單充的充電均衡方法。原理圖如圖3所示。Q4是控制電池組整充的開(kāi)關(guān)，Q2、Q3、Q5是控制單節電池充電的開(kāi)關(guān)。以10節錳酸鋰電池組為例，變壓器主線(xiàn)圈兩端電壓為42V，副線(xiàn)圈電壓為電池的額定電壓4.2V。剛開(kāi)始Q4導通，Q2、Q3、Q5截止，單節電池的電壓不斷升高，當檢測到某一節電池的電壓達到額定電壓4.2V以后，電壓檢測芯片發(fā)出驅動(dòng)信號，關(guān)閉Q4，打開(kāi)Q2、Q3、Q5，整個(gè)系統進(jìn)入單充階段，未充滿(mǎn)的電池繼續充電，以達到額定電壓的電池保持額定電壓不變。經(jīng)測試，電壓差值不會(huì )超過(guò)50mV。 2SOC電量檢測 在鋰離子電池管理系統中，常用的SOC計算方法有開(kāi)路電壓法、庫倫計算法、阻抗測量法、綜合查表法。

 (1)開(kāi)路電壓法是最簡(jiǎn)單的測量方法，主要根據電池開(kāi)路電壓的大小判斷SOC的大小。由電池的工作特性可知，電池的開(kāi)路電壓與電池的剩余容量存在著(zhù)一定的對應關(guān)系。

 (2)庫侖計算法是通過(guò)測量電池的充電和放電電流，將電流值與時(shí)間值的乘積進(jìn)行積分后計算得到電池充進(jìn)的電量和放出的電量，并以此來(lái)估計SOC的值。

 (3)阻抗測量法是利用電池的內阻和荷電狀態(tài)SOC之間一定的線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)測出電池的電壓、電流參數計算出電池的內阻，從而得到SOC的估計值。

 (4)綜合查表法中電池的剩余容量SOC與電池的電壓、電流、溫度等參數是密切相關(guān)的。通過(guò)設置一個(gè)相關(guān)表，輸入電壓、電流、溫度等參數就可以查詢(xún)得到電池的剩余容量值。 電池保護板從電路的集成度、成本、所選MCU的性能方面考慮，采用了軟件編程的方法。智能邏輯的編程設定，能夠很好地做到預防電池保護板爆炸的事故。