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技術潛力大

近年來，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)勢越來越受到人們的關注，其應用市場正在逐漸擴大，不僅廣泛應用于手機、筆記本電腦、攝像機、DVD等一系列小型移動式電子產(chǎn)品，也在以多串鋰離子電池為動力的電動工具、電動自行車、電動摩托車、輕型電動汽車及混合電動汽車等領域發(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用中的安全及使用壽命的持久，除對單體電池自身安全性的持續(xù)改進外，如何解決長期使用過程中電池包內(nèi)各單體電池的性能差異或不一致性造成的問題顯得越來越重要。在目前制造工藝水平及應用的條件下，單體電池在長期使用中性能差異是不可避免的，造成這些不一致性問題的主要原因可歸納為以下幾個方面：

第一，生產(chǎn)工藝、材質(zhì)等的細微差異。在長時間的使用下，各電池的材質(zhì)老化速度不同步，會使得單個電池的電壓、內(nèi)阻、容量產(chǎn)生較大差異變化。

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

第三，某些電池生產(chǎn)時的細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，使得自身損耗變大，從而引起不均衡。嚴重時，電池包內(nèi)會出現(xiàn)熱點，這樣的失衡很危險。

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

電池不均衡威脅安全

這些不均衡現(xiàn)象不僅會使電池包容量變小，甚至還可能會造成嚴重的過充電、過放電等安全隱患。讓我們來對這兩種情況進行仔細分析：首先是針對電池包容量變小的情況;。以三串電池包應用為例，初始時，A、B、C三單體電池都為100%容量，但在長時間的使用下，各電池產(chǎn)生了不均衡，造成在某一時刻，A電池剩余80%容量，B電池剩余40%容量，C電池剩余60%容量；此時對電池包內(nèi)進行充電，由于過高壓保護的作用，當A電池充滿100%而使充電器關閉時，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。而在對該電池包進行放電時，由于過低壓保護的作用，當B電池放完電至0%(理想值)時，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，針對可能造成嚴重過充電、過放電的情況。以4串電池包為例(單節(jié)過壓點為4.2V;欠壓點為3.0V;只對電池包總電壓進行保護，不加單體電池電壓監(jiān)控。如圖1)，在長時間使用下，電池產(chǎn)生了不均衡。而無單體電池電壓監(jiān)控的情況下，放電時，雖然該電池包滿足了12V的欠壓保護設置，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)嚴重過放電現(xiàn)象。充電時，雖然滿足了16.8V的過壓保護設置，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4.7V，這是很危險的過充電現(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后，我們在設計電池均衡方案時應考慮適當?shù)木怆娏鞔笮?考慮均衡功能動作的時機,考慮電池均衡精準度,考慮對多個電池一起進行均衡,考慮整體均衡設計時散熱的問題。

如今，如何經(jīng)濟可靠地解決多節(jié)電池包中單體失衡的問題，對電動工具、電動自行車、輕型電動車等應用的推廣顯得越來越重要。理論上均衡的方法有很多，而其中，電阻(分流)均衡方式被認為是目前最經(jīng)濟、最實用的一種方式。在這基礎之上，凹凸科技提出了最新的智能均衡技術BatteryBleeding-on-Demand(BOD)技術。該技術所提供的各均衡參數(shù)的設置皆為設計電池均衡時整體散熱考慮的一部分。對均衡熱損耗限制高的應用，可選擇低均衡電流、較高的均衡啟動電壓、較低的均衡精度以及較少的同時均衡電池數(shù)來減低均衡熱損耗；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、較低的均衡啟動電壓、較高的均衡精度以及較多的同時均衡電池數(shù)來提高均衡的速度。