电池平衡和保护电路如何工作?

电器工程 电池 电池充电 充电器 细胞平衡
2022-01-18 13:58:13

我正在构建一个 4S LiPo 电池组,我想将其整合到便携式扬声器项目中,我需要确保电池在 5 年内完全更换之外永远不需要维护。我使用的电池是 NCR18650B,所以它们应该相当不错。

我正在使用以下使用精工充电 IC的 BMS 板: 在此处输入图像描述

为了测试它是否正常工作,我故意将一个电池充电至 4V 以使其不平衡,并将其他 3 个电池保持在相同的 3.85V 电压下。

工作台电源设置为 16.8V 进行充电,可以观察到以下情况:

  1. 一旦第一个电池充电到 4.25V,电池组就会从电源断开。在这种特殊情况下,电池组中的总能量非常低,因为电池明显不平衡。为什么不只断开充电最多的电池?
  2. 在 BMS 决定充电完成后,我无法检测到电源开启或关闭的平衡。没有电流从充电最多的电池流出。
  3. 我尝试了另一种平衡板,这种行为似乎是一致的。所有商业平衡PCB都以相同的方式“工作”吗?

所有这些平衡实际上是如何工作的?在我需要一个 4S 包的情况下,什么是最佳选择,负载会在短时间内产生约 1A 的峰值?

1个回答

我读过一本非常好的书中的一章,它回答了所有问题。

我强烈建议阅读那一章或这本书,但如果你想要非常短的故事,事情就是这样。

  • 通常假设一个电池组由平衡电池组装而成,因此常规 BMS 并非旨在平衡巨大差异。
  • 通常,锂电池的自放电率非常低,并且匹配非常均匀,因此只需进行少量平衡即可使电池组保持良好的工作状态。
  • 大多数具有平衡功能的 BMS 板仅将非常小的电流从充电最多的电池传递到分流电阻器,因此它们有效地浪费了电荷,直到其他电池达到相同的水平。
  • 大多数平衡电路不会将电流从一个电池传递到另一个电池(主动平衡),因为这样做的成本更高。
  • 根据充电电路的不同,平衡并非始终处于活动状态,而可能仅在充电期间和期间处于活动状态。由于不应该发生大的不平衡,因此当电池组与电源断开连接时,浪费更多充电电池的能量将是愚蠢的。
  • 平衡细胞需要许多周期。当然,根据电路的不同,情况可能会有所不同,但您可以期望在 30 个左右的充电周期内平衡 10% 的差异。
  • 正确匹配的 LiPo 电池每个周期的不平衡通常小于 0.1%

这种最有可能在普通 BMS 板上实现的简单平衡技术的工作原理如下: 在此处输入图像描述

需要平衡的特定电池的内部平衡 P-MOSFET 首先打开。这会通过外部电阻分压器产生低电平偏置电流,该电阻分压器将电池端子连接到电池单元平衡控制器 IC。因此在 R2 上建立了栅源电压,并且外部 MOSFET 导通。与外部电池平衡电阻相比,外部 MOSFET 的导通电阻可以忽略不计,外部平衡电流 I BAL 由 I BAL = V CELL / R BAL 给出。通过正确选择R BAL电阻值,我们可以获得所需的电池平衡电流,这可能远高于内部电池平衡电流,并且可以加速细胞平衡过程。