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锂电池充电管理菜鸟问题

兄弟在做一个便携仪表。想用锂电池。以前对电源的了解仅限于搞搞7805什么的。这几天在网上狂搜索锂电相关知识,可是仍有不少问题没搞明白。望各位大佬为我解惑:

1)充电版和保护板有什么区别?许多充电版和保护板我感觉功能差不多。是不是可以这样理解:保护板是针对单电池的,充电板则是针对多电池实现均衡充电的。

2)串联的电池是否需要均衡充电?

3)电量显示一般使用什么方式实现?

4)两锂电池串联使用和并联使用在电量上有什么区别?有一种说法说并联容量加倍,串联电压升高容量不变。不太理解,一是电池的电量都是固定的,没理由两个和一个一样。二是电压高通过降压供电,真正的输出电流减少。所以串联和并联在电量上应当都是加倍,是不是这样?

5)锂电超过4.2V即过充,那么为什么过充保护电压大都在4.3V?是稍微过充影响不大,还是充电不足会造成问题?
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azhu
LV.8
2
2010-01-09 20:10
1、锂离子电池的充电和保护是不同的。充电是按电芯厂家要求的方式,对电池进行充电,比如典型的CC/CV方向,象钴酸锂,CV值通常为4V2。保护是为了使电池不被过充电而使用的。充电过程中,如果充电器工作正常的话,保护电路等同于是没用的,有可能永远都不会启动保护动作。

2、对于一致性差的电池,串联使用时一定要均衡充电,不然寿命会很短。如果电池的一致性好,不做均衡也不会有问题。

3、电量计量,最常见的方式是库仑计算法,在NB电池中都是以这种方法为计算基础后加其它补偿。如果要简单的精度不高的电量,可以用电压查表法来做。

4、对串联和并联而言,理论上的总电量是相同的。即V*I*T(WH值)是相同的。只是一个电压是两倍容量不变,一个容量是两倍电压不变。按负载的实际情况,选择串联工作或并联工作。比如,如果你的负载是5V,你可以选择串联后降压,也可以选择并联后升压,最后实际的可用电量与你升压或降压的效率有关。

5、按国标规定,充电电压的误差范围允许是1%,因此保护电压要略大于上限值即4.242V。如果你的保护点为4.22V,那么充电器输出4.23V(符合国标规定)时,就会因保护电路动作而使电池充不满。
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zhang331
LV.2
3
2010-01-09 21:57
@azhu
1、锂离子电池的充电和保护是不同的。充电是按电芯厂家要求的方式,对电池进行充电,比如典型的CC/CV方向,象钴酸锂,CV值通常为4V2。保护是为了使电池不被过充电而使用的。充电过程中,如果充电器工作正常的话,保护电路等同于是没用的,有可能永远都不会启动保护动作。2、对于一致性差的电池,串联使用时一定要均衡充电,不然寿命会很短。如果电池的一致性好,不做均衡也不会有问题。3、电量计量,最常见的方式是库仑计算法,在NB电池中都是以这种方法为计算基础后加其它补偿。如果要简单的精度不高的电量,可以用电压查表法来做。4、对串联和并联而言,理论上的总电量是相同的。即V*I*T(WH值)是相同的。只是一个电压是两倍容量不变,一个容量是两倍电压不变。按负载的实际情况,选择串联工作或并联工作。比如,如果你的负载是5V,你可以选择串联后降压,也可以选择并联后升压,最后实际的可用电量与你升压或降压的效率有关。5、按国标规定,充电电压的误差范围允许是1%,因此保护电压要略大于上限值即4.242V。如果你的保护点为4.22V,那么充电器输出4.23V(符合国标规定)时,就会因保护电路动作而使电池充不满。
楼上老大讲解简单明了,在下茅塞顿开,这里谢过了。原来保护板和充电版是两码事。怨不得读max1879以及国内诸如CR2202之类芯片datasheet时发现国内诸芯片好像功能少了不少,还以为是简化版本。原来根本就是两类芯片。

如老大尚有余暇,能否在拨冗指点在下两个问题:

1)能否推荐一下在保护、充电、均衡等方面的常用芯片?



2)脉冲充电是怎么回事?难道锂电池需要以脉冲的形式一下一下充电,还是利用脉冲通过外围电路调整充电的电压电流。还看到max1873叫限流型充电,有什么区别?
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azhu
LV.8
4
2010-01-09 22:27
@zhang331
楼上老大讲解简单明了,在下茅塞顿开,这里谢过了。原来保护板和充电版是两码事。怨不得读max1879以及国内诸如CR2202之类芯片datasheet时发现国内诸芯片好像功能少了不少,还以为是简化版本。原来根本就是两类芯片。如老大尚有余暇,能否在拨冗指点在下两个问题:1)能否推荐一下在保护、充电、均衡等方面的常用芯片?2)脉冲充电是怎么回事?难道锂电池需要以脉冲的形式一下一下充电,还是利用脉冲通过外围电路调整充电的电压电流。还看到max1873叫限流型充电,有什么区别?

单节锂离子电池的保护IC和充电IC都非常多,产品主要分日系和台系,国产的也有几家。按所需要求不同而选用,相对而言,日系的品质最好,价格也最高,台系和国产的性能相近,价格较低。保护IC一个型号通常有多档不同的保护电压值可选,不同的电池封装厂,对保护IC的选用不太一样,日系的以精工,理光,美之美三家为主,精工的出货量最大。


充电IC可选的也太多了,日、美、台和国产都有。你在这发个贴表示有需求,估计就会有许多厂家找上你。你也可以翻翻旧贴,里面有许多。


专门用于均衡的芯片是没有见到的,但有一些是保护兼均衡的IC,TI、精工等厂家都有,台系的也有,主要用于笔记本电脑电池上。


脉冲充电,你可以看美信的一篇经典文章,里面有详细介绍。由于它只用一个完全饱和导通的功率管作开关,因此充电时它几乎没有温升(因为只有很低的功率损耗),但要求适配器有限流功能,恒流阶段是相同的,但达到4V2后转为脉冲方式。由于脉冲能消除极化效应,因此充电效率略高(表现为充电时间可以缩短),寿命可以延长。

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zhang331
LV.2
5
2010-01-10 07:01
@azhu
单节锂离子电池的保护IC和充电IC都非常多,产品主要分日系和台系,国产的也有几家。按所需要求不同而选用,相对而言,日系的品质最好,价格也最高,台系和国产的性能相近,价格较低。保护IC一个型号通常有多档不同的保护电压值可选,不同的电池封装厂,对保护IC的选用不太一样,日系的以精工,理光,美之美三家为主,精工的出货量最大。充电IC可选的也太多了,日、美、台和国产都有。你在这发个贴表示有需求,估计就会有许多厂家找上你。你也可以翻翻旧贴,里面有许多。专门用于均衡的芯片是没有见到的,但有一些是保护兼均衡的IC,TI、精工等厂家都有,台系的也有,主要用于笔记本电脑电池上。脉冲充电,你可以看美信的一篇经典文章,里面有详细介绍。由于它只用一个完全饱和导通的功率管作开关,因此充电时它几乎没有温升(因为只有很低的功率损耗),但要求适配器有限流功能,恒流阶段是相同的,但达到4V2后转为脉冲方式。由于脉冲能消除极化效应,因此充电效率略高(表现为充电时间可以缩短),寿命可以延长。

感谢回复。这就去搜索了



由于是在做一个简易的仪表,只能使用18650之类便于安装的电芯。而安装保护电路在壳子上又没有位置。只能考虑一并在电路板上实现了。上面的温控电阻也就起不到什么作用了。不知道对锂电而言温控是否必不可少。

锂电的确是个特殊的东西,搞不好是要爆炸的。不像其它电路大不了不通。不把原理彻底搞明白,不敢下手。

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azhu
LV.8
6
2010-01-10 09:12
@zhang331
感谢回复。这就去搜索了由于是在做一个简易的仪表,只能使用18650之类便于安装的电芯。而安装保护电路在壳子上又没有位置。只能考虑一并在电路板上实现了。上面的温控电阻也就起不到什么作用了。不知道对锂电而言温控是否必不可少。锂电的确是个特殊的东西,搞不好是要爆炸的。不像其它电路大不了不通。不把原理彻底搞明白,不敢下手。
如果怕爆炸的话,建议你选用磷酸铁锂的18650电芯,国内有多家厂家可以提供,象力神,比克,BYD等等。

磷酸铁锂在280度以下是安全的。在我司实测中,它在330度时才会发生爆炸。钴酸锂的危险温度则较低,在90度左右。
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zhang331
LV.2
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2010-01-11 14:13
@azhu
如果怕爆炸的话,建议你选用磷酸铁锂的18650电芯,国内有多家厂家可以提供,象力神,比克,BYD等等。磷酸铁锂在280度以下是安全的。在我司实测中,它在330度时才会发生爆炸。钴酸锂的危险温度则较低,在90度左右。
倒不是怕爆炸,而是没信心,因为没做过。我之前做的主要是单片机网络接口之类的,对电源类少有接触。

刚刚拜读了大作《锂电池管理电路摸爬滚打记》(博客上不去在别的网站看的),说实话,不是更有把握了,而是更畏惧了。之前在设计一些系统时从来没有把电源作为主要的问题来解决。现在看来锂电池的管理这一项内容就有太多的问题需要解决。

从文章里终于搞明白了均衡的原理。不过还有一个问题:均衡电路实际上是通过保护芯片发现过充之后接通分流电阻实现的。那么在已有保护电路的电芯上再接这样的电路有没有问题?

我现在设计的是一个两串的电池,为稳妥起见想先使用自带保护电路的电池。这样的电池串接使用有无问题?


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azhu
LV.8
8
2010-01-11 17:10
@zhang331
倒不是怕爆炸,而是没信心,因为没做过。我之前做的主要是单片机网络接口之类的,对电源类少有接触。刚刚拜读了大作《锂电池管理电路摸爬滚打记》(博客上不去在别的网站看的),说实话,不是更有把握了,而是更畏惧了。之前在设计一些系统时从来没有把电源作为主要的问题来解决。现在看来锂电池的管理这一项内容就有太多的问题需要解决。从文章里终于搞明白了均衡的原理。不过还有一个问题:均衡电路实际上是通过保护芯片发现过充之后接通分流电阻实现的。那么在已有保护电路的电芯上再接这样的电路有没有问题?我现在设计的是一个两串的电池,为稳妥起见想先使用自带保护电路的电池。这样的电池串接使用有无问题?

单个带保护的电池串联使用时,要考虑MOSFET的耐压问题,不建议这么使用,有两串的管理芯片的.

用保护IC做平衡,效果是比较差的.



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zhang331
LV.2
9
2010-01-12 06:34
@azhu
单个带保护的电池串联使用时,要考虑MOSFET的耐压问题,不建议这么使用,有两串的管理芯片的.用保护IC做平衡,效果是比较差的.
多谢指点。

做两串的思路看来还不成熟。先从最简单的单电池开始,大约也够用了。

不实践是不行的。杀出一条血路来


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zhang331
LV.2
10
2010-01-13 10:08
@zhang331
多谢指点。做两串的思路看来还不成熟。先从最简单的单电池开始,大约也够用了。不实践是不行的。杀出一条血路来
关于用保护IC做平衡效果差有点想明白了:

保护IC的保护电压一般都较高。

在有保护电路的情况下,可能先触发了保护,而不是平衡。

是不是这样
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azhu
LV.8
11
2010-01-13 14:36
@zhang331
关于用保护IC做平衡效果差有点想明白了:保护IC的保护电压一般都较高。在有保护电路的情况下,可能先触发了保护,而不是平衡。是不是这样

那倒不是这原因,比如保护IC的保护值可以选4.27,平衡点可以选4.2。

因为保护IC做平衡,是在电池电压较高快充满时才开始动作的,也就是说在充电过程中的大部分时间里,它的平衡都是不动的,因此它的平衡开启得晚,所用的时间太少,因此很可能平衡效果差。

我的博客中曾写过一篇关于保护IC做平衡的缺点,你可以看看。

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zhang331
LV.2
12
2010-01-13 16:35
@azhu
那倒不是这原因,比如保护IC的保护值可以选4.27,平衡点可以选4.2。因为保护IC做平衡,是在电池电压较高快充满时才开始动作的,也就是说在充电过程中的大部分时间里,它的平衡都是不动的,因此它的平衡开启得晚,所用的时间太少,因此很可能平衡效果差。我的博客中曾写过一篇关于保护IC做平衡的缺点,你可以看看。
老大你的博客上不去
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azhu
LV.8
13
2010-01-13 16:37
@zhang331
老大你的博客上不去
不是很明白,我自已可以进去.
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