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讨论一下两串锂电池保护方案

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发表于 2024-8-22 16:03:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 闻太师 于 2024-8-29 09:15 编辑

锂电池这东西娇气,伺候不好容易起火,所以从DIY要用到锂电池那一刻起,就格外关注其保护电路。以往DIY都用单节锂电池,随着需求的变化偶尔需要用到两串锂电池。看了一下两串锂电池保护方案后若有所思,遂在此写出来跟大家讨论一下。

先从单节锂电池保护方案说起。典型单节锂电池保护方案如图1所示。

保护IC实时检测电池电压和电流,一旦电压/电流异常,立即关闭相应的MOS管。具体说来就是,检测到电池过压,或充电电流超值,关闭M2;检测到电池欠压,或放电电流超值/短路,关闭M1。待异常条件解除后再打开相应MOS管。从而起到对电池的保护作用。
图中只画出了一对MOS管,实际上如果大容量/大电流电池,很可能是多对MOS管并联在一起以减小导通电阻。

典型两串锂电池保护方案如图2所示。

跟单节锂电池保护方案差不多,区别在于同时检测两节电池,任何一节电池出现异常便关闭MOS管。因为电池是串联的,只要有一节异常,两节电池整体与外部电路断开。同样,如果大容量/大电流电池,很可能是多对MOS管并联在一起。

两节电池的容量、内阻不可能做到完全一样,因此使用的时候电压必然或多或少有差异。因为是串联,充电电流相同,所以必然有一节先充满另一节还没满。为了解决这一问题,充电电路通常带有均衡电路,典型接法如图3所示

均衡电路有集成在充电IC里的,也有外置的,其原理大同小异。原理大致如下:
当两节电池电压都不太高的时候,正常充电,均衡电路关闭。
当某一节电池电压达到均衡阈值(比如4.1V)时,对应该节电池的均衡电路开启,分流该节电池一部分电流。这样这节电池充电电流变小了,电压上升也慢了。而另一节充电电流不变,电压上升速度也不变。等两节电池电压都达到均衡阈值,均衡电路关闭。因为此时差不多要充满了,正常充电基本上能同时充满。

上述方案有个问题,如果均衡电路故障,或者PB+PBm短路,保护电路不起作用。这个问题对于生产电池的厂商问题不大,毕竟电芯和保护电路、充电电路有可能是密封在一个外壳里,故障概率不高。可对爱好者DIY来说,问题就大了点。首先没有合适密封的外壳,其次调试/使用的时候也难免出现短路。

如果每颗电芯单独使用一组单节锂电池保护电路,就可以避免上述问题。
这里比较一下两种方案的优缺点。
1. 每颗电芯单独使用一组单节电池保护电路:需要使用两颗保护IC和两对MOS管,使用的元件多(大电流的情况下使用的MOS管更多),电路复杂,成本高。同时因为MOS管有导通电阻,总体损耗也比较大。但是可靠性高。
2. 两颗电芯共用一组两串电池保护电路:只需要使用1颗保护IC和一对MOS管,使用的元件少(大电流情况下节省的MOS管数量更多),电路简单,成本低。同时因为少串联了一组MOS管,MOS管上的损耗少了一半。但是可靠性差一些。

综合以上,本人认为对DIY来说,每颗电芯单独使用一组单节电池保护电路更合适,毕竟可靠性高,一组保护电路也没多少钱。当然我说的不一定对,还请大家指正补充。希望大家踊跃讨论,畅所欲言,回帖赠家元。

帖子本来就是讨论一下一电一保和两串一保的区别,比较一下怎么玩更安全。万万没想到那么多人非拿劣质电池说事儿,这不是抬杠吗?!再次强调一下,本帖子只讨论保护方案,不讨论劣质电池。




补充内容 (2024-8-29 21:52):
发帖忘看黄历粘上了狗皮膏药,惹不起躲得起     

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发表于 2024-8-22 16:26:04 | 显示全部楼层
很有幸我最近也在关注这个问题,于是借楼得瑟几句,楼主说的都没错,但是楼主忽略了一个问题就是锂电池的内阻问题,换句话说理想的锂电池正如楼主描述的那样,只要监控电压、电流即可,但是实际锂电在使用中会出现,随着使用年限的增加,内阻会出现变化,故很多人会特意追求同一批次电芯或者测量内阻后再组装到一起,这些方法都没错,但是还是无法保证在使用过程中内阻出现差异化这一现象。


美国TI公司引入了一个电量计概念,即单颗电芯内充进多少电量和放出多少电量保持一致即可,因为日常锂电在使用中都是间歇性放电,一次性充电。故TI设计了BQ系列专用锂电管理芯片,换句话说即使用了电量概念来管理充放电,从而避免了单纯监控电流、电压出现“电压虚高”这一问题。详见此贴

个人认为TI的方案就是芯片有些贵,对日常电子爱好者不是很友好,但是东西确实是好东西,引入了真正的所谓BMS概念

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 楼主| 发表于 2024-8-22 16:33:06 | 显示全部楼层
icespirit 发表于 2024-8-22 16:26
很有幸我最近也在关注这个问题,于是借楼得瑟几句,楼主说的都没错,但是楼主忽略了一个问题就是锂电池的内 ...

这是个问题,解决不好最多就是某一节电池表面充满了,断开充电器电压又降下来了。
我更加关注安全问题,性能可以差点,但绝不能起火爆炸。虽说国际大厂也不能保证完全避免,但还是要尽力争取。
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发表于 2024-8-22 16:37:25 | 显示全部楼层
电动汽车都是很多电池串并联的,他们的电池是采用什么方法保护电池的?有业内人士吗?给科普一下

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 楼主| 发表于 2024-8-22 16:45:49 | 显示全部楼层
aygcmy 发表于 2024-8-22 16:37
电动汽车都是很多电池串并联的,他们的电池是采用什么方法保护电池的?有业内人士吗?给科普一下 ...

这涉及到电池/电动汽车厂商的核心技术,论坛里有人熟悉的可能性不大。
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发表于 2024-8-22 16:46:27 | 显示全部楼层
闻太师 发表于 2024-8-22 16:33
这是个问题,解决不好最多就是某一节电池表面充满了,断开充电器电压又降下来了。
我更加关注安全问题, ...

这是一个大问题,现实遇到的问题就是,锂电池还未充多长时间,充电指示灯就提示充满了,而负载一接入就掉电的厉害,甚至不能使用,特别是一些负载功率大的锂电供电项目。

和铅酸电池一样,锂电池也同样存在“虚电”这一电池类固有现象
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发表于 2024-8-22 17:10:12 | 显示全部楼层
锂电池没有记忆效应,这是谁说的,这个是真的吗?肯定是假的,因为没有深入研究锂电池的特性。

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发表于 2024-8-22 17:13:33 | 显示全部楼层
icespirit 发表于 2024-8-22 16:26
很有幸我最近也在关注这个问题,于是借楼得瑟几句,楼主说的都没错,但是楼主忽略了一个问题就是锂电池的内 ...

这么牛屁???


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 楼主| 发表于 2024-8-22 17:23:38 | 显示全部楼层
icespirit 发表于 2024-8-22 16:46
这是一个大问题,现实遇到的问题就是,锂电池还未充多长时间,充电指示灯就提示充满了,而负载一接入就掉 ...

你说的没错,不过我暂时更关心安全相关的问题
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发表于 2024-8-22 18:56:39 | 显示全部楼层
一定要引起重视!!!

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发表于 2024-8-22 23:08:41 | 显示全部楼层
歡迎探討,运行深入研究

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发表于 2024-8-23 13:02:46 | 显示全部楼层
一个电池组,电池串联数量越多,不均衡的可能性就越大。组电池组之前,电池是要配组的,容量、内阻一致的才能去组合,这就先从根本上把电池不均衡的概率降到最低。但是,所有的电池不可能100%一模一样,总会有那么一些微小的差异,这些差异造成的影响,可以通过减少电池充放电量来进一步避免(一般全新蓄电池的实际容量,会比标称容量大一点点)。再进一步,就是靠电池管理电路,发现那些有问题的电池了。总之,电池组把第一步做好,剩余两步都是小事,如果电池不好,再怎么管理都无济于事。

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闻太师 + 6 你说的都对,可我想讨论的是保护方案.

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 楼主| 发表于 2024-8-23 17:28:27 | 显示全部楼层

反对的人一定是这方面的高手,坐等高手现身。


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发表于 2024-8-25 10:43:52 | 显示全部楼层
分析的很有道理,赞同楼主的说法

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发表于 2024-8-26 08:21:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 csp_csp 于 2024-8-26 08:26 编辑

网上得到的这个保护电路非常不错,可以根据电池电压进行调整,保护能力超强,电池也不会过压,还可以制作一个电路让所有电池全部充满后自动关断电源,我就是用ATX电源改可调后再这个电路给电池充电,加了自动关断电源电路后非常省心,也不存在什么过充的隐患。

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发表于 2024-8-26 09:30:49 | 显示全部楼层
电池组的串并联都需要匹配,最好使用电池厂家匹配好的电池组。电池组的保护一般采用专用芯片,降低电池的损坏概率。

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闻太师 + 15 好像说了很多,又好像什么都没说,感谢讨论.

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 楼主| 发表于 2024-8-26 09:33:18 | 显示全部楼层
csp_csp 发表于 2024-8-26 08:21
网上得到的这个保护电路非常不错,可以根据电池电压进行调整,保护能力超强,电池也不会过压,还可以制作一 ...

前几天刚好有网友分享了这个电路,IP2326集成了均衡功能,打算做个2s充电板子。
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 楼主| 发表于 2024-8-26 09:35:35 | 显示全部楼层
csp_csp 发表于 2024-8-26 08:21
网上得到的这个保护电路非常不错,可以根据电池电压进行调整,保护能力超强,电池也不会过压,还可以制作一 ...

你的ID很眼熟,好像在别的论坛见过
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发表于 2024-8-26 23:51:02 | 显示全部楼层
aygcmy 发表于 2024-8-22 16:37
电动汽车都是很多电池串并联的,他们的电池是采用什么方法保护电池的?有业内人士吗?给科普一下 ...

电车的 不是有主动和被动均衡嘛
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发表于 2024-8-26 23:56:51 | 显示全部楼层
2n3055 发表于 2024-8-23 13:02
一个电池组,电池串联数量越多,不均衡的可能性就越大。组电池组之前,电池是要配组的,容量、内阻一致的才 ...

其实就是这样的。。。。刚装机器的内阻比如说一样,然后正常使用,达到一定的运行时长,内阻的数据就会开始有差距。。这个东西就像三极管一样,世界上没有2个三级管是完全一致的。然后电源管理 就开始无非就是均衡 均衡再均衡,直到 某个单体 内助实在是太大了,以至于影响到整体的使用了。然后就会罢工的方式通知主任跟换掉它!!然而。。电池这个东西真的很无奈。。。往往 换上去的不管是优秀还是劣质,总会继续影响整体的电池。。。所以,有的人受不了这点,宁愿把整体全部由旧换新换掉它,比如我:电车三元里不行了,直接整体全部换掉,现在车就跟新的时候一样耐用了。
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