多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)好嗎？

多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池存安全隱患電阻均衡保護(hù)技術(shù)潛力大

近年來(lái)，鋰離子電池以高能量密度、高循環(huán)使用次數(shù)、體積小、重量輕以及綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其應(yīng)用市場(chǎng)正在逐漸擴(kuò)大，不僅廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)、DVD等一系列小型移動(dòng)式電子產(chǎn)品，也在以多串鋰離子電池為動(dòng)力的電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、輕型電動(dòng)汽車及混合電動(dòng)汽車等領(lǐng)域發(fā)展迅速。

五大原因致電池不均衡

為保證這些多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池在各種應(yīng)用中的安全及使用壽命的持久，除對(duì)單體電池自身安全性的持續(xù)改進(jìn)外，如何解決長(zhǎng)期使用過(guò)程中電池包內(nèi)各單體電池的性能差異或不一致性造成的問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。在目前制造工藝水平及應(yīng)用的條件下，單體電池在長(zhǎng)期使用中性能差異是不可避免的，造成這些不一致性問(wèn)題的主要原因可歸納為以下幾個(gè)方面：

第一，生產(chǎn)工藝、材質(zhì)等的細(xì)微差異。在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，各電池的材質(zhì)老化速度不同步，會(huì)使得單個(gè)電池的電壓、內(nèi)阻、容量產(chǎn)生較大差異變化。

第二，不同的生產(chǎn)批次。由于初始時(shí)的條件及損耗不同，放在同一個(gè)電池包中會(huì)造成失衡，隨著時(shí)間推移，不均衡會(huì)加重。

第三，某些電池生產(chǎn)時(shí)的細(xì)微瑕疵可能使這些電池出現(xiàn)40kΩ以上的電阻漏泄通路，形成軟短路現(xiàn)象。而這軟短路是引起某些電池不均衡的主要原因之一。

第四，同批的電池性能通常很相似，但由于電池包工作的溫度變化大，造成部分電池受熱較多，使得自身?yè)p耗變大，從而引起不均衡。嚴(yán)重時(shí)，電池包內(nèi)會(huì)出現(xiàn)熱點(diǎn)，這樣的失衡很危險(xiǎn)。

第五，在電池包內(nèi)，由于單體電池在串聯(lián)中的不同位置，在電池保護(hù)板上會(huì)產(chǎn)生不同的系統(tǒng)漏電。漏電量可能很小，但長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)也會(huì)造成電池的不均衡。

電池不均衡威脅安全

這些不均衡現(xiàn)象不僅會(huì)使電池包容量變小，甚至還可能會(huì)造成嚴(yán)重的過(guò)充電、過(guò)放電等安全隱患。讓我們來(lái)對(duì)這兩種情況進(jìn)行仔細(xì)分析：首先是針對(duì)電池包容量變小的情況;。以三串電池包應(yīng)用為例，初始時(shí)，A、B、C三單體電池都為100%容量，但在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，各電池產(chǎn)生了不均衡，造成在某一時(shí)刻，A電池剩余80%容量，B電池剩余40%容量，C電池剩余60%容量；此時(shí)對(duì)電池包內(nèi)進(jìn)行充電，由于過(guò)高壓保護(hù)的作用，當(dāng)A電池充滿100%而使充電器關(guān)閉時(shí)，B電池容量才為60%，C電池容量為80%，從而出現(xiàn)電池包內(nèi)B電池和C電池有未充滿電現(xiàn)象。而在對(duì)該電池包進(jìn)行放電時(shí)，由于過(guò)低壓保護(hù)的作用，當(dāng)B電池放完電至0%(理想值)時(shí)，A電池將還有40%容量，C電池還有20%容量，出現(xiàn)電池包內(nèi)A電池和C電池有未放完電現(xiàn)象。(三串電池失衡后的充/放電容量變化如表1)。

其次，針對(duì)可能造成嚴(yán)重過(guò)充電、過(guò)放電的情況。以4串電池包為例(單節(jié)過(guò)壓點(diǎn)為4.2V;欠壓點(diǎn)為3.0V;只對(duì)電池包總電壓進(jìn)行保護(hù)，不加單體電池電壓監(jiān)控。如圖1)，在長(zhǎng)時(shí)間使用下，電池產(chǎn)生了不均衡。而無(wú)單體電池電壓監(jiān)控的情況下，放電時(shí)，雖然該電池包滿足了12V的欠壓保護(hù)設(shè)置，但它卻是由3.6V+3.2V+3.2V+2.0V=12V組成，其中最低失衡電池電壓已低至2.0V，出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)放電現(xiàn)象。充電時(shí)，雖然滿足了16.8V的過(guò)壓保護(hù)設(shè)置，但4.7V+4.1V+4.1V+3.9V=16.8V組成，其中最高失衡電池電壓已達(dá)4.7V，這是很危險(xiǎn)的過(guò)充電現(xiàn)象。

電阻均衡方式潛力大

了解造成電池不均衡的原因及缺點(diǎn)后，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電池均衡方案時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)木怆娏鞔笮?考慮均衡功能動(dòng)作的時(shí)機(jī),考慮電池均衡精準(zhǔn)度,考慮對(duì)多個(gè)電池一起進(jìn)行均衡,考慮整體均衡設(shè)計(jì)時(shí)散熱的問(wèn)題。

如今，如何經(jīng)濟(jì)可靠地解決多節(jié)電池包中單體失衡的問(wèn)題，對(duì)電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、輕型電動(dòng)車等應(yīng)用的推廣顯得越來(lái)越重要。理論上均衡的方法有很多，而其中，電阻(分流)均衡方式被認(rèn)為是目前最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的一種方式。在這基礎(chǔ)之上，凹凸科技提出了最新的智能均衡技術(shù)BatteryBleeding-on-Demand(BOD)技術(shù)。該技術(shù)所提供的各均衡參數(shù)的設(shè)置皆為設(shè)計(jì)電池均衡時(shí)整體散熱考慮的一部分。對(duì)均衡熱損耗限制高的應(yīng)用，可選擇低均衡電流、較高的均衡啟動(dòng)電壓、較低的均衡精度以及較少的同時(shí)均衡電池?cái)?shù)來(lái)減低均衡熱損耗；而在電池包熱容量寬裕的情況下，可以選擇較高的均衡電流、較低的均衡啟動(dòng)電壓、較高的均衡精度以及較多的同時(shí)均衡電池?cái)?shù)來(lái)提高均衡的速度。