电动车锂电池的串联和并联
日常销售中,越来越多的人对于锂电池的专业知识有更多的了解,今天就和大家来分享锂电池的一些串联和并联的知识。
首先了解一下基础的科学原理:
串联 将电路元件(如电阻、电容、电感,用电器等)逐个顺次首尾相连接。将各用电器串联起来组成的电路叫串联电路。串联电路的特点主要有:
① 所有串联元件中的电流是同一个电流,I总= L1= L2= L3=……= Ln。
② 元件串联后的总电压是所有元件的端电压之和,U总=U1+U2+U3+……+Un。一句话串联电压就会增大。也就我们经常叫电池48V或者60V。实际指的就是电压。
并联 是元件之间的一种连接方式,其特点是将2个同类或不同类的元件、器件等首首相接,同时尾尾亦相连的一种连接方式。通常是用来指电路中电子元件的连接方式,即并联电路。二、并联电路的特点主要有:
① 所有并联元件的端电压是同一个电压,即图示电路中的V。
② 并联电路的总电流是所有元件的电流之和。图示电路中,i是总电流,i1、i2、i3分别是元件1、2、3的电流,i=i1+i2+i3。也就是通过并联可以实现电流的增大。也就是我们常说的20A。
以三元锂作为计算的标准:标称电压单支为3.7V。电流为2000mAh也就是2A。例如:48V20A为什么是13串。首先13个电芯串联。13*3.7=48.1V。满足48V的要求。需要10个这样的48V在并联。10*2=20A。可以获得20A。这样刚好就是48V20A的电池,这个就是为什么我们叫13串的原因。一共需要多少这样的电芯13*10=130个电芯。按照这个方法我们自己就可以组装了。当然,自己的组装的安全性是没有办法保证的。天能锂电作为行业的领头羊,大品牌更有保证,选择天能锂电是你最佳的选择。
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锂电池过充电、过放电、过流及短路保护电路原理及电路图
下图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。该保护回路由两个MOSFET(V1、V2)和一个控制IC(N1)外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测 电池电压与回路电流,并控制两个MOSFET的栅极,MOSFET在电路中起开关作用,分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断,C3为延时电容,该电 路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能.
锂电池保护工作原理:
1、正常状态
在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压,两个MOSFET都处于导通状态,电池可以自由地进行充电和放电,由于MOSFET的导通阻抗很小,通常小于30毫欧,因此其导通电阻对电路的性能影响很小。
此状态下保护电路的消耗电流为μA级,通常小于7μA。
2、过充电保护
锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压,在充电初期,为恒流充电,随着充电过程,电压会上升到4.2V(根据正极材料不同,有的电池要求恒压值为4.1V),转为恒压充电,直至电流越来越小。
电池在被充电过程中,如果充电器电路失去控制,会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电,此时电池电压仍会继续上升,当电池电压被充电至超过4.3V时,电池的化学副反应将加剧,会导致电池损坏或出现安全问题。
在带有保护电路的电池中,当控制IC检测到电池电压达到4.28V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“CO”脚将由高电压转变为零电 压,使V2由导通转为关断,从而切断了充电回路,使充电器无法再对电池进行充电,起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在,电池可 以通过该二极管对外部负载进行放电。
在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间,还有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为1秒左右,以避免因干扰而造成误判断。
3、过放电保护
电池在对外部负载放电过程中,其电压会随着放电过程逐渐降低,当电池电压降至2.5V时,其容量已被完全放光,此时如果让电池继续对负载放电,将造成电池的永久性损坏。
在电池放电过程中,当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“DO”脚将由高电压转变为零电压,使V1 由导通转为关断,从而切断了放电回路,使电池无法再对负载进行放电,起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在,充电器可以通过该二 极管对电池进行充电。
由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低,因此要求保护电路的消耗电流极小,此时控制IC会进入低功耗状态,整个保护电路耗电会小于0.1μA。
在控制IC检测到电池电压低于2.3V至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为100毫秒左右,以避免因干扰而造成误判断。
4、过电流保护
由于锂离子电池的化学特性,电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C(C=电池容量/小时),当电池超过2C电流放电时,将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。
电池在对负载正常放电过程中,放电电流在经过串联的2个MOSFET时,由于MOSFET的导通阻抗,会在其两端产生一个电压,该电压值 U=I*RDS*2, RDS为单个MOSFET导通阻抗,控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测,若负载因某种原因导致异常,使回路电流增大,当回路电流大到使 U>0.1V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“DO”脚将由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,从而切断了放电回路, 使回路中电流为零,起到过电流保护作用。
在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常为13毫秒左右,以避免因干扰而造成误判断。
在上述控制过程中可知,其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值,还取决于MOSFET的导通阻抗,当MOSFET导通阻抗越大时,对同样的控制IC,其过电流保护值越小。
5、短路保护
电池在对负载放电过程中,若回路电流大到使U>0.9V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,控制IC则判断为负载短路,其“DO”脚 将迅速由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,从而切断放电回路,起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短,通常小于7微秒。其工作原理与过电流 保护类似,只是判断方法不同,保护延时时间也不一样。
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