锂离子 18650 安全

电器工程 电池 安全
2022-01-31 20:00:09

背景:我想用 18650 个锂离子电池 (3S2P) 构建一个电池组。安全是我的绝对优先事项。

问题

以下是我能想到的所有安全措施的清单:

  • 使用带内置保护的电池
  • 在整个电池组上使用 BMS
  • 在电池组的输出端安装保险丝
  • 通过恒温器连接电路的输出,恒温器将测量电池的温度
  • 在平衡器中的每根电线上安装保险丝
  • 即使在使用过程中,也要将电池组放在 Li-Po 安全袋中
  1. 这些措施中的哪些实际上是有意义的,它们的最佳组合是什么?即:同时拥有保护单元和BMS是否有意义?
  2. 我错过了其他任何合理的安全措施吗?
  3. 通过平衡器充电和通过负载电缆充电有什么区别?我想到的不同之处在于,通常平衡器电缆的直径较小,因此它们不能处理大电流。
  4. 如果我有带 BMS 的电池组,我还可以使用平衡器端口为它充电吗?

2021-11-03 更新

感谢大家的宝贵建议,并让我意识到许多风险。为了真正最大限度地提高安全性,我决定购买带有 BMS 的已制造的 LiFePo4 电池组。

3个回答

如果安全确实是绝对优先事项,那么您不应该构建自己的电池组。如果第一要务是自己建造(出于教育、定制、娱乐或任何原因),而安全是第二要务,那么您可能应该使用比锂离子更安全的化学物质(正如评论所指出的那样)。

所以我假设你想要安全第三

您的措施似乎大部分都很好,并且通常都会提高安全性。我会稍微质疑​​在输出上放置恒温器。您想要的是一个热熔断器,它将成为任何合理的 BMS 的一部分。

您可能没有想到的主要事情是增加复杂性的内在危险。如果你有一个安全的、自我保护的电池,并由适当的保险丝保护,那么这个系统很可能比一个复杂但组装粗劣、到处都是电线的电池组更安全。考虑到您添加的每个组件也会添加可能出错的内容,您必须将其纳入您的整体风险评估中。

至于你的问题:

1/2:见上文

3:使用平衡线充电,充电器可以单独为电池充电,因此可以将它们全部充满。如果您仅通过负载电缆充电,则一旦单个电池达到最大电压,您就必须停止充电,这意味着您的电池组中可能有未使用的容量。

4:这取决于BMS的设计和操作方式,但是没有理由不能将BMS设计为仅用于保护,而将充电和平衡留给外部充电器(并通过平衡电缆进行)

很高兴看到有人关心安全一次。电池可能是危险的东西。

电池中的内置保护通常非常有限,通常只是一个不可靠的热熔断器。最好的是它提供的保护很少,但我发现它给人一种完全不正确的安全感。如果一个细胞有内置保护,我的反应是说这很好,然后把它当作没有任何保护一样对待。

BMS 是个好主意。但 BMS 可以处于任何级别。理论上他们应该:

  • 停止过度充电(安全)
  • 停止过放电(安全)
  • 控制充电(从实际角度)
  • 防止温度过高(和过低)事件(安全)
  • 平衡电池组中的所有电池(为了安全、电池寿命和性能)
  • 监控包装使用情况以了解一般信息和充电状态

但我知道可能市售的那些不能做所有这些事情。我曾尝试将这些功能放入我正在开发的商业包中,但被告知它太贵了,而且不需要,因为我们已经涵盖了最低限度。

应始终安装保险丝。但它们是最后一层保护。确保您为您的系统安装了正确的系统,但请确保您设计了系统的其余部分(包括 BMS),以便您永远不需要它。保险丝是在其他事情出错时使用的。在过度充电或反向充电的情况下,保险丝不会拯救电池组。热熔断器是一个好主意,但与普通熔断器相比,它不值得信任。我会安装温度保险丝和标准保险丝。

所有体面的 BMS 都会监控电池温度。几乎所有安全法规 CE、UL 等都需要它。

Li-Po 安全袋是一个好主意,但如果出现问题,它应该会有所帮助,但你应该有一个 BMS 来阻止这种需求。

不应要求每个电池都有保险丝,因为电池组的机械结构不应允许访问单个电池。

你似乎错过了重要的包装盒。包装应该放在一个漂亮的独立绝缘盒中,以便在细胞和世界之间有一个物理屏障。电源通过几个触点输出(如果需要,可能还有一些与 BMS 交谈的方法,但这可能只是一个多触点)。

总结:尽你所能。但要确保电池组在它与外界之间有一些物理保护。这停止了​​它伤害外部世界,以及外部世界伤害它。

一个体面的 BMS,它可以完成我上面列出的所有事情,将是一个很好的起点。没有太多的保护。

通常您只会执行以下操作之一:

  • 使用内置保护电路的电池
  • 在整个电池组上使用 BMS

原因是每个单元的保护电路具有它们可以承受的最大电压。当每节电池保护断开电池时,它将看到其上所有其他电池的组合电压为负极性:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

许多单节电池保护电路的额定反向电压仅为 5 伏左右,这是由于反向连接单节电池充电器造成的。有些可以承受高达 20 或 30 伏的电压,但通常很难找到规格。

一个完整的 BMS 通过只有一个断开点来规避这个问题,使用可以承受所涉及的高压的 MOSFET 来实现。这也减少了电阻损耗,因为不需要在每个单元中具有单独的晶体管(具有一些串联电阻)。