3.7Vリチウム電池保護ボードの原理-リチウム電池の一次および電圧規格の分析

電池の幅広い用途

ハイテクを開発する目的は、それを人類により良いサービスにすることです。 1990年の発売以来、リチウムイオン電池はその優れた性能により増加し、社会で広く利用されています。 リチウムイオン電池はすぐに多くの分野を占領し、有名な携帯電話、ノートブックコンピュータ、小型ビデオカメラなどの他の電池に比べて比類のない利点があります。ますます多くの国がこの電池を軍事目的で使用しています。 このアプリケーションは、リチウムイオン電池が理想的な小型のグリーン電源であることを示しています。

第二に、リチウムイオン電池の主成分

（1）バッテリーカバー

（2）正極活物質はコバルト酸リチウムです

（3）ダイヤフラム-特殊な複合膜

（4）負極-活物質は炭素

（5）有機電解質

（6）バッテリーケース

第三に、リチウムイオン電池の優れた性能

（1）高い動作電圧

（2）より大きな比エネルギー

（3）長いサイクル寿命

（4）低い自己放電率

（5）メモリー効果なし

（6）汚染なし

XNUMX、リチウム電池の種類と容量の選択

まず、モーターの電力に基づいてバッテリーが供給する必要のある連続電流を計算します（実際の電力が必要であり、通常、走行速度は対応する実際の電力に対応します）。 たとえば、エンジンの連続電流が20a（1000vで48wモーター）であるとします。 その場合、バッテリーは長時間20aの電流を供給する必要があります。 気温の上昇は浅いです（夏の外気温が35度であっても、バッテリーの温度は50度以下に制御するのが最適です）。 さらに、電流が20vで48aの場合、過圧は96倍になり（CPU 3などの50v）、連続電流は約50aに達します。 過電圧を長時間使用したい場合は、XNUMXaの電流を継続的に供給できるバッテリーを選択してください（温度上昇に注意してください）。 ここでの嵐の連続電流は、商人の名目上のバッテリー放電容量ではありません。 商人は、数C（または数百アンペア）がバッテリーの放電容量であり、この電流で放電されると、バッテリーは激しい熱を発生すると主張しています。 熱が十分に放散されない場合、バッテリーの寿命は簡潔になります。 （そして、私たちの電気自動車のバッテリー環境は、バッテリーが積み上げられて放電されるというものです。基本的に、隙間は残らず、パッケージは非常にタイトで、空冷を強制して熱を放散させる方法は言うまでもありません）。 私たちの使用環境は非常に厳しいです。 バッテリーの放電電流は、使用するためにディレーティングする必要があります。 バッテリ放電電流能力を評価することは、この電流でのバッテリの対応する温度上昇がどれだけあるかを確認することです。

ここで説明する唯一の原理は、使用中のバッテリーの温度上昇です（高温はリチウムバッテリーの寿命の致命的な敵です）。 バッテリーの温度を50度未満に制御するのが最善です。 （20〜30度が最適です）。 これは、容量タイプのリチウム電池（0.5C未満で放電）の場合、20aの連続放電電流には40ah以上の容量が必要であることも意味します（もちろん、最も重要なことは電池の内部抵抗に依存します）。 パワータイプのリチウム電池の場合、1Cで連続放電するのが通例です。 A123超低内部抵抗電力タイプのリチウム電池でさえ、通常1Cで取り外すのが最適です（2C以下がより良いです、2C放電はXNUMX分しか使用できず、あまり役に立ちません）。 容量の選択は、車の保管スペースのサイズ、個人的な支出予算、および車の活動の予想される範囲によって異なります。 （小さな能力は一般的にパワータイプのリチウム電池を必要とします）

5。 バッテリーのスクリーニングと組み立て

リチウム電池を直列に使用することの大きなタブーは、電池の自己放電の深刻な不均衡です。 誰もが等しく不均衡である限り、それは大丈夫です。 問題は、この状態が突然不安定になることです。 良いバッテリーは自己放電が小さく、ストームが悪いと自己放電が大きくなり、自己放電が小さくないかどうかの状態は、一般的に良い状態から悪い状態に変化します。 状態、このプロセスは不安定です。 そのため、自己放電の大きい電池を選別し、自己放電の少ない電池のみを残す必要があります（一般的に、適格製品の自己放電は小さく、メーカーが測定しており、問題は多くの非適格製品が市場に流入します）。

小さな自己放電に基づいて、同様の容量のシリーズを選択します。 電力が同じでなくても、バッテリーの寿命には影響しませんが、バッテリーパック全体の機能には影響します。 たとえば、15個のバッテリーの容量は20ahで、18個のバッテリーのみが18ahであるため、このグループのバッテリーの合計容量は15ahのみになります。 使用が終了すると、バッテリーが切れ、保護ボードが保護されます。 バッテリー全体の電圧はまだ比較的高いです（他のXNUMX個のバッテリーの電圧が標準であり、電気が残っているため）。 したがって、バッテリパック全体の放電保護電圧は、バッテリパック全体の容量が同じであるかどうかを判断できます（ただし、バッテリパック全体が完全に充電されたときに各バッテリセルを完全に充電する必要があります）。 つまり、容量の不均衡はバッテリーの寿命には影響せず、グループ全体の能力にのみ影響するため、同程度のアセンブリを選択するようにしてください。

組み立てられたバッテリーは、電極間の良好なオーミック接触抵抗を達成する必要があります。 ワイヤと電極間の接触抵抗は小さいほど良いです。 そうしないと、接触抵抗が大きい電極が熱くなります。 この熱は電極に沿って電池の内部に伝わり、電池の寿命に影響を与えます。 もちろん、かなりのアセンブリ抵抗の現れは、同じ放電電流の下で​​のバッテリパックの大幅な電圧降下です。 （電圧降下の一部はセルの内部抵抗であり、一部は組み立てられた接触抵抗とワイヤ抵抗です）

XNUMX、保護ボードの選択と充電および放電の使用事項

（データは リン酸鉄リチウム電池、通常の3.7vバッテリーの原理は同じですが、情報が異なります）

保護ボードの目的は、バッテリーを過充電および過放電から保護し、大電流による嵐の損傷を防ぎ、バッテリーが完全に充電されたときにバッテリー電圧のバランスをとることです（バランス能力は一般に比較的小さいため、自己放電式バッテリー保護ボードは、非常にバランスが取れていないだけでなく、どのような状態でもバランスをとる保護ボードもあります。つまり、充電の最初から補償が行われるということですが、これは非常にまれなことのようです）。

バッテリパックの寿命の間、バッテリ充電電圧は常に3.6vを超えないようにすることをお勧めします。つまり、保護ボードの保護動作電圧は3.6v以下であり、平衡電圧は次のようにすることをお勧めします。 3.4v-3.5v（各セル3.4vは99％以上のバッテリーで充電されています。静的状態を指し、大電流で充電すると電圧が上昇します）。 バッテリ放電保護電圧は一般に2.5vを超えています（2vを超えることは大きな問題ではありません。通常、完全に電源が切れて使用する可能性はほとんどないため、この要件は高くありません）。

充電器の推奨最大電圧（充電の最後のステップは最高の定電圧充電モードにすることができます）は3.5 *で、ストリングの数、たとえば56列で約16vです。 通常、バッテリーの寿命を保証するために、充電はセルあたり平均3.4v（基本的に完全に充電）で遮断できます。 それでも、バッテリコアの自己放電が大きい場合、保護ボードはまだバランスを取り始めていないため、時間の経過とともにグループ全体として動作します。 容量は徐々に減少します。 したがって、各バッテリーを定期的に3.5v〜3.6v（毎週など）に充電し、数時間（平均がイコライゼーション開始電圧よりも大きい限り）保持する必要があります。これにより、自己放電が大きくなります。 、イコライゼーションにかかる時間が長くなります。 自己放電特大バッテリーはバランスを取るのが難しく、排除する必要があります。 したがって、保護ボードを選択するときは、3.6vの過電圧保護を選択し、3.5v付近でイコライゼーションを開始してください。 （市場に出回っている過電圧保護のほとんどは3.8vを超えており、平衡は3.6vを超えて形成されます）。 充電器の最大電圧制限を調整することで最大電圧を調整できるため、適切な平衡始動電圧を選択することは保護電圧よりも重要です（つまり、保護ボードは通常、高電圧保護を行う機会がありません）。 それでも、平衡電圧が高いと仮定します。 その場合、バッテリーパックはバランスをとる機会がありません（充電電圧が平衡電圧よりも大きい場合を除きますが、これはバッテリーの寿命に影響します）、セルは自己放電容量のために徐々に減少します（ 0の自己放電は存在しません）。

保護ボードの連続放電電流能力。 これはコメントするのに最悪のことです。 保護板の電流制限能力は無意味だからです。 たとえば、75nf75チューブに50aの電流を流し続けると（この時点で、加熱電力は約30w、同じポートボードと直列に少なくとも60つの50w）、放散するのに十分なヒートシンクがある限りです。熱、問題ありません。 チューブを焦がさずに50a以上に保つことができます。 しかし、ほとんどの人の保護パネルはバッテリーに非常に近いか、さらには近くに配置されているため、この保護ボードがXNUMXaの電流に耐えられるとは言えません。 したがって、このような高温はバッテリーを加熱して加熱します。 問題は、高温が嵐の致命的な敵であるということです。

したがって、保護ボードの使用環境によって、（保護ボード自体の現在の容量ではなく）電流制限を選択する方法が決まります。 保護ボードがバッテリーボックスから取り出されたとします。 その場合、ヒートシンク付きのほとんどすべての保護ボードは、50a以上の連続電流を処理できます（現時点では、保護ボードの容量のみが考慮されており、温度上昇による損傷の心配はありません。バッテリーセル）。 次に、著者は、バッテリーと同じ限られたスペースで、誰もが通常使用する環境について話します。 現時点では、保護ボードの最大加熱電力は10w未満に制御するのが最適です（小さな保護ボードの場合は5w以下が必要であり、大容量の保護ボードは熱放散が良好であるため10wを超える可能性があります温度が高くなりすぎないようにします）。 適切な量​​については、続行することをお勧めします。 電流を流したとき、ボード全体の最高温度は60度を超えません（50度が最適です）。 理論的には、保護ボードの温度が低いほど、セルへの影響は少なくなります。

同じポートボードが充電用電気モスと直列に接続されているため、同じ状況での発熱は別のポートボードの50倍になります。 同じ発熱量の場合、チューブの数だけが5倍になります（同じモデルのmosを前提としています）。 75aの連続電流の場合、mosの内部抵抗は75ミリオーム（この同等の内部抵抗を得るには50つの50nf0.002チューブが必要）であり、加熱電力は5 * 2 * 100 = 4wであると計算してみましょう。 現時点では可能です（実際、2ミリオームの内部抵抗の電流容量は2a以上で問題ありませんが、熱は大きいです）。 同じポートボードの場合、75 20ミリオームの内部抵抗mosが必要です（100つの並列内部抵抗はそれぞれ10ミリオームであり、直列に接続すると、内部抵抗の合計は1万に等しくなります。100本のチューブが使用されます。合計数は次のとおりです。 5）。 0.5aの連続電流により、加熱電力を50wにできると仮定します。 その場合、内部抵抗が50ミリオームのラインが必要です（もちろん、MOS並列接続で正確に同等の内部抵抗を得ることができます）。 異なるポートの数がまだ30倍である場合、50aの連続電流で最大80wの加熱電力が可能であれば、48ミリオームのチューブしか使用できません。これは、同じものを生成するためにXNUMXaの連続電流と比較してXNUMX倍の量のmosを必要とします。熱量）。 したがって、保護ボードを使用する場合は、内部抵抗が無視できるボードを選択して温度を下げてください。 内部抵抗が決まっている場合は、ボードと外部の熱をよりよく放散させてください。 保護ボードを選択し、売り手の継続的な電流容量に耳を傾けないでください。 保護板の放電回路の総内部抵抗を自分で計算してください（使用するチューブの種類、使用量を確認し、内部抵抗の計算を自分で確認してください）。 著者は、販売者の公称連続電流の下で​​放電された場合、保護ボードの温度上昇は比較的高くなるはずだと感じています。 したがって、ディレーティング付きの保護ボードを選択するのが最善です。 （XNUMXa連続と言うと、XNUMXaを使用できます、XNUMXa定数が必要です、XNUMXa公称連続を購入するのが最善です）。 XNUMXv CPUを使用するユーザーの場合、保護ボードの内部抵抗の合計はXNUMXミリオーム以下にすることをお勧めします。

同じポートボードと異なるポートボードの違い：同じポートボードは充電と放電の同じラインであり、充電と放電の両方が保護されます。

別のポートボードは、充電ラインと放電ラインから独立しています。 充電ポートは、充電時に過充電から保護するだけで、充電ポートから取り外した場合は保護しません（ただし、完全に放電することはできますが、充電ポートの電流容量は一般に比較的小さいです）。 排出口は、排出中の過放電から保護します。 放電ポートから充電する場合、過充電はカバーされません（したがって、CPUの逆充電は別のポートボードで完全に使用できます。逆充電は使用されるエネルギーよりも少ないので、過充電の心配はありません。逆充電によるバッテリー。全額支払いで外出しない限り、すぐに下り坂になります。eabs逆充電を開始し続けると、存在しないバッテリーを過充電する可能性があります）が、定期的な充電の使用決して充電しないでください放電ポートからは、充電電圧を常時監視しない限り（一時的な路傍の緊急大電流充電など、放電ポートから信頼でき、完全に充電されることなく走行を続けることができます。過充電の心配はありません）

モーターの最大連続電流を計算し、この定電流に対応できる適切な容量または電力のバッテリーを選択すると、温度上昇が制御されます。 保護板の内部抵抗は可能な限り小さくしています。 保護ボードの過電流保護には、短絡保護およびその他の異常使用保護のみが必要です（保護ボードのドラフトを制限することによって、コントローラーまたはモーターに必要な電流を制限しようとしないでください）。 エンジンに50aの電流が必要な場合は、保護ボードを使用して電流40aを決定しないため、頻繁に保護されます。 コントローラの突然の停電は、コントローラを簡単に損傷します。

リチウムイオン電池のXNUMXつの電圧標準分析

（1）開回路電圧：非動作状態のリチウムイオン電池の電圧を指します。 このとき、電流は流れていません。 バッテリーが完全に充電されると、バッテリーの正極と負極の電位差は通常約3.7Vになり、高電圧は3.8Vに達する可能性があります。

（2）開回路電圧に対応するのは、動作電圧、つまりアクティブ状態のリチウムイオン電池の電圧です。 このとき、電流が流れています。 電流が流れるときの内部抵抗を克服する必要があるため、動作電圧は常に電気時の全電圧よりも低くなります。

（3）終端電圧：つまり、リチウムイオン電池の構造によって決定される特定の電圧値に置かれた後、電池は放電し続けてはなりません。放電は約2.95Vで終了します。

（4）標準電圧：原則として、標準電圧は定格電圧とも呼ばれ、電池の正と負の材料の化学反応によって生じる電位差の期待値を指します。 リチウムイオン電池の定格電圧は3.7Vです。 標準電圧が標準動作電圧であることがわかります。

上記のXNUMX個のリチウムイオン電池の電圧から判断すると、動作状態にあるリチウムイオン電池の電圧は、標準電圧と動作電圧を持っています。 非動作状態では、リチウムイオン電池の電圧は、リチウムイオン電池のために開回路電圧と終了電圧の間にあります。 イオン電池の化学反応を繰り返し使用できます。 したがって、リチウムイオン電池の電圧が終端電圧にある場合は、電池を充電する必要があります。 バッテリーを長時間充電しないと、バッテリーの寿命が短くなったり、廃棄されたりします。