磷酸铁锂离子电池的均衡保护技术
磷酸铁锂电池保养
磷酸铁锂电池保养
磷酸铁锂电池是一种新型的锂离子电池，具有高能量密度、长寿命、低自放电、环保等优点，广泛应用于电动汽车、储能系统、通信设备等领域。
为了保证磷酸铁锂电池的性能和安全，需要注意以下几点：
1.避免过充和过放。
磷酸铁锂电池的充放电电压范围一般为
2.5V~
3.65V，超出此范围会导致电池容量下降或内部结构损坏。
建议使用专用的充放电控制器或保护板，以防止电池过充或过放。
2.避免高温和低温。
磷酸铁锂电池的工作温度范围一般为-20℃~60℃，超出此范围会影响电池的性能和寿命。
尤其是高温环境下，电池会加速老化或发生热失控。
建议将电池存放在通风、干燥、阴凉的地方，避免阳光直射或靠近热源。
3.避免机械冲击和挤压。
磷酸铁锂电池的外壳一般为金属或塑料材料，如果受到强烈的冲击或挤压，可能会导致外壳变形或破裂，造成电解液泄漏或内部短路。
建议将电池放置在坚固、平整的表面上，避免跌落或碰撞。
4.避免接触水和其他液体。
磷酸铁锂电池的电解液是有机溶剂，如果接触水或其他液体，可能会发生化学反应或腐蚀，损坏电池的结构和性能。
建议将电池远离水源或易燃易爆的物质，防止发生漏电或火灾。
5.定期检查和维护。
磷酸铁锂电池在使用过程中，可能会出现老化、损耗、失效等现象，需要定期检查和维护。
建议每隔一段时间（根据使用频率和环境而定）对电池进行充放电测试，检查电池的容量、内阻、温度等参数，及时发现并处理异常情况。
磷酸铁锂电池均衡技术综述
磷酸铁锂电池均衡技术综述摘要：为了达到规模储能的电压和容量要求，磷酸铁锂电池需通过串并联达到设计要求，而生产、使用过程的差异性导致的电池单体不一致性，是影响储能电站寿命主要因素之一。
文章从规模储能技术基本概念出发，介绍了现有均衡方案的基本拓扑结构和控制策略，列举了两种实际应用方案，提出了各种方案的优劣与发展趋势，旨在对提高规模储能的经济性研究提供有益的启发。
引言规模储能电站一般设计容量较大，需要多个电池单体串并联以达到设计要求。
以磷酸铁锂电池为例，单节工作电压范围通常约为2．8～4V，若每个电池单体为200Ah，额定电压3．2V，需要达到2．4MWh的容量，可以将252节电池单体串联成电池组，再并联15个电池组，则：3．2V×252节x200AhX15组=2．42MWh；直流侧电压806．4V。
在电芯批量生产过程中，由于原料及生产工艺的波动，电芯的容量、内阻、电压及自放电率均会有一定的偏差，同时在电芯使用过程中随着充放电循环次数增加及存储时间、温度等影响，电芯容量衰减也会出现不一致，导致在同一电池组内的电芯出现不一致。
在规模储能中，电池组的不均衡性是影响电池组性能，降低电池组寿命的主要原因之一。
1规模储能常用概念电池容量是指在一定条件下(放电倍率、温度、放电截止电压等)电池放出的电量，用字母c表示，单位为安时(Ah)。
按照QB／T2502-2000《锂离子蓄电池总规范》，电池的额定容量为在环境温度为(20±5)℃时，以0．2C倍率放电至终止电压时的容量。
电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，欧姆电阻不随激励信号频率变化，在同一充放电周期内，欧姆电阻除温升影响外几乎不变。
极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。
内阻是电池最为重要的特性参数之一，它是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的主要标志。
动力电池组能量均衡管理控制策略
中图分类号：Ｔ Ｋ０ １ 文献标志码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ７ － － ４ ４ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ ０－ ０ １ ０ ９ － ０ ６
赵 奕凡 ，杜 常清，颜伏伍
（ 武汉理 工大 学 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
摘
要 ：锂 离子 电池 尤其 是 磷 酸铁 锂 电池 处 于端 电压 平 台阶段 时， 单体 荷 电状 态与端 电压之 间
无 明显 联 系，仅 根据 端 电压 差 异无 法 实现 精 确 的单 体 均衡 控 制。 针 对 以上 问题 。研 究提 出 了基
ｖ ｏｌ ｔ ａ ｇ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｎｏ ｔ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｌ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇｅ ．Ｔｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ，ｉ ｔ ｐ ｒ ｏｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｃ ｅ ｌ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇｙ ｅ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏｌ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍｏｄ ｅ ｌ ｐ ｒａ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｉｅ ｒ ｓ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎｇ ｅ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｄ ｕｒ ｉｎ ｇ ｔ ｈｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｔ ｅ ｐ ｃ ｈ ｎｇ ａ ｅ ， ｔ ｈｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｐ ａ ｒ ｍ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｂａ ｔ ｔ ｅ ｉｅ ｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｎｏ ｎ — ｌ ｉ ｎｅ ｒ ａ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｓ ｑ ｕ ｒｅ ａ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｓ ｅ ｐａ ｒａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｎｅ ｒ ｇ ｙ ｏ ｆ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｗａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｒ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｌ ｒｇ ａ ｅ ｒ ｏ ｎ ｅ ｔ ｏ ｈｅ ｔ
磷酸铁锂 均衡 截止电流
磷酸铁锂均衡截止电流磷酸铁锂电池是一种具有高能量密度、长寿命和较低成本的锂离子电池，广泛应用于电动汽车、储能系统和便携设备等领域。
其中，磷酸铁锂电池的均衡和截止电流控制是关键技术之一，对其性能和安全性具有重要影响。
1. 磷酸铁锂电池的均衡技术磷酸铁锂电池由多个电池单体组成，每个电池单体的电化学性能会因制造和使用差异而产生不一致。
这些不一致会导致电池单体之间的电压和容量差异，进而影响整个电池组的性能。
为了解决这个问题，均衡技术应运而生。
均衡技术旨在通过调整电池组内各个电池单体的充放电程度，使其电压和容量尽可能一致。
这可以通过在电池组连接点引入均衡电路来实现。
均衡电路通常由电阻、开关和控制电路组成，能够将电流从容量较高的电池单体转移到容量较低的电池单体。
通过定期均衡，可以提高整个电池组的能量利用率、延长电池组的寿命，并提高其安全性能。
值得一提的是，磷酸铁锂电池的均衡技术在不同的应用场景中可能会有所不同。
在电动汽车中，均衡电路需要具备高效率、低成本和高可靠性等特点。
在设计和选择均衡技术时，需要充分考虑实际应用需求。
2. 磷酸铁锂电池的截止电流控制截止电流控制是指限制电池充电或放电过程中的最大电流，以保护电池的安全性和寿命。
对于磷酸铁锂电池而言，截止电流控制尤为重要，因为超过其最大允许电流的操作可能导致电池的过热、短路甚至爆炸。
为了实现截止电流控制，磷酸铁锂电池通常采用了一些防护措施。
一种常见的方法是在电池内部或外部添加保护电路，用于监测和控制电池的电流。
该保护电路可以实时检测电池的工作状态，并在电流异常时切断电池与外部电路的连接，以避免进一步损坏。
电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）也是截止电流控制的关键组成部分。
BMS可以对电池的充放电过程进行监控，并根据事先设定的截止电流阈值来实现控制。
当电池的电流超过截止阈值时，BMS会发出警报或采取相应的控制措施，以保护电池的安全。
串联磷酸铁锂电池组保护电路设计
串联磷酸铁锂电池组保护电路设计孙起山;张存山;王胜博;张淑敏【摘要】On the basis of the safety studies of the LiFePO4 battery,We analyzed the importance of the overcurrent, overvoltage and short circuit protection, and designed a new protection circuit of series of the LiFePO4 battery. The MOSFET switches is used in the protection circuit, according to the battery voltage changes over the MOSFET and the protection of overcurrent is designed in the circuit. The physical experiments verify that the protection circuit can make an action in 20ms to protect the battery pack. We also designed a charge balancing module to improve the performance of the battery and extend the battery life.%设计出了一种新型的串联锂离子电池组保护电路．该保护电路采用MOSFET开关，根据过流时电池组MOSFET电压的变化来设计过流保护电路，并通过实物验证了该保护电路能够在20ms动作，从而保护了电池组和改善了电池的性能，延长了电池的寿命．【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(026)004【总页数】4页(P87-90)【关键词】磷酸铁锂电池组;保护电路;短路保护;电池均衡【作者】孙起山;张存山;王胜博;张淑敏【作者单位】山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255091;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255091;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255091;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255091【正文语种】中文【中图分类】TM910.6“十二五”专项规划提到，2015年中国电动汽车保有量计划达到100万辆，动力电池产能约达100亿瓦时.研究锂电池及其管理具有重大意义.目前世界各国的动力电池产业规模均未真正形成，产品质量特性尚不稳定，磷酸铁锂电池的发展方向是低成本、高功率密度、高效率和高可靠性.制约锂电池应用的主要因素为锂电池的循环性能和安全性能，必须对锂电池增加保护电路来提高其性能，锂电池保护均衡电路的研究已经成为热点.1 磷酸铁锂电池组保护电路系统设计磷酸铁锂电池由于具有高比能量、高比功率、高安全性、长寿命、高性价比以及很宽的工作温度范围等优点［1］，已成为新能源汽车的新型动力电源.笔者研究的动力电池包容量为8A·h，由12个电池单体串联组成，本设计研究的磷酸铁锂电池保护电路主要功能是:（1）精确地监测电池组单体模块电压，防止出现过压过流等现象；（2）通过检测电池工作状态温度，对电池进行温度保护；（3）通过检测电池单体电压在电池组充电过程中均衡电池组中的各个单体电池，以弥补电池在使用过程中出现的性能不一致性，使各个电池都发挥出最优性能，最大限度延长整个电池组的寿命［2］.1.1 电路系统的硬件设计动力性锂电池组是多节相同的单体电池并联后再串联组成大电压大电流锂电池组.图1为本设计采用的12串锂电池基本保护原理硬件框图.如图所示，每一个单体电池的检测控制电路都是相同的针对串联电池组的保护设计和单节锂电池保护类似，但是必须要突出可扩展拓扑性，以此来解决各种电动装置能量的匹配［3］.图1 12串锂电池基本保护原理硬件框图1.2 主控磷酸铁锂电池保护芯片HY2112是由台湾宏康科技公司生产的一款锂离子电池保护芯片，基于HY2112的单节锂电池保护电路如图2所示.图2 基于HY2112锂电池保护电路原理图HY2112的外部封装管脚说明见表1.通过表1可以看出，此电池保护芯片仅为单电池保护芯片，此芯片集成了电压检测电路、电流检测电路以及测试电路，是一款功能全面的电池保护芯片，可根据级联需要自由选择芯片的拓扑结构.HY2112持续侦测连接在VDD和VSS之间的电池电压，以及CS与VSS之间的电压差，来控制充电和放电.表1 HY2112外部封装、脚位及标记信息功能表管脚符号说明1OD放电控制用MOSFET 门极连接端子2CS过电流检测输入端子，充电器检测端子3OC充电控制用MOSFET门极连接端子4DS测试端子，用于降低延迟时间5VDD电源端，正电源输入端子6VSS接地端，负电源输入端子当电池电压在过放电检测电压VDL＝1.95V以上和过充电检测电压VCU＝3.75V以下，且CS端子电压在放电过流检测电压VDIP＝200mV以下时，IC的OC和OD端子都输出高电平，使充电控制用MOSFET和放电控制用MOSFET同时导通，这个状态称为“正常工作状态”.此状态下，充电和放电都可以自由进行.一旦电池电压超出过充电检测电压（VCU＝3.75V），并且这种状态持续的时间超过过充电检测延迟时间100ms以上时，HY2112系列IC会关闭充电控制用的MOSFET（OC端子），停止充电，这个状态称为“过充电状态”.电池在放电过程中，当电池电压降低到过放电检测电压以下.并且这种状态持续的时间超出过放电检测延迟时间25ms以上时，HY2112系列IC会关闭放电控制用的MOSFET（OD端子）.停止放电，这个状态称为“过放电状态”.由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C （电池容量／小时），当电池超过2C电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题.电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联2个MOSFET 时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端产生一个电压U［4］:RDS为单个MOSFET导通阻抗.两个MOSFET同时导通时导通阻抗RDS不超过15mΩ.由此可以得到过电流时的电压U，进而可以进行过电流保护.1.3 均衡充电电路原理与硬件电路设计如图3所示，在电池组充电阶段，通过开关将那些己完全充满的单体电池的旁路电阻接通进行分流.通过计算分流电流的大小来合理的选择旁路电阻R的大小.旁路电阻R要刚好能把充电电流分流掉.如果充电电流较小，那么旁路电阻会把电池单体的能量泄放一部分.这种均衡电路工作在充电期间，可对电压偏高者进行分流，最终使所有电池达到满容量，实现均衡的目的［5］.由于总电池组放电再对单体电池进行放电并没有起到延长电池组放电时间和增加对外供电的能力，因此在放电阶段均流电阻开关不闭合，均流电阻不工作，此时没有均衡策略.这种方法设计的均衡电路是所有均衡方法中最简单的，成本也最低.图3 开关控制均流电阻均衡充电电路均流电阻均衡拓扑电路的工作原理如图4所示，均衡信号由三路2通道模拟多路选择器74HC4053D传递.图4 均流电阻均衡充电电路的均衡模块拓扑电路示意图1.4 均流电阻均衡方式MATLAB仿真波形根据均流原理在MATLAB建仿真模型，由于此均衡电路为拓扑结构，为了加快仿真的速度，模型仅为4块单体电池串联（电池模型采用的是MATLAB自带的电池模型），均衡电路模型如图5所示.在仿真过程中为了达到均衡的条件，电压设置为4V（过压），其他三块电池电压为3V（过放），均衡电路开始工作，第一块电池将会打开均流电阻放电.其他三块电池将会继续充电MATLAB仿，真得到四块电池电压如图6所示，流电阻两端电压如图7所示.图5 均衡电路MATLAB仿真模型图6 MATLAB仿真四块电池电压从图6可以看出，第一块电池电压从4.0V一直下降，表明是一个充电过程，而其他三块电池的电压一直上升，表明是均衡装置起作用.而图7中第一块电池均流电阻电压有接近于0V的脉冲，因此可以看做均流电阻此时没有工作，其他三块单体电池的均流电阻电压相应增加，而当R1上有电流流过时，R1工作，降低电池B1上的电压，表明当均流电阻不工作时均衡的电池电压上升从而达到电压一致.MATLAB仿真得出当充电将要完成时，四块电池电压基本相同，证明均衡电路工作有效.2 实验结果与分析磷酸铁锂电池保护电路与实验所用的电池组照片如图8所示.图7 MATLAB电路仿真均流电阻电压波形图8 磷酸铁锂电池组与实验电路板通过实验验证该系统保护性能与均衡性能的试验步骤如下:（1）将单体电池断开，升高降低此单体电池两端处电压到阀值电压（3.75V与1.95V）检测保护电路的过压欠压保护性能.如图9和图10所示.图9 过放保护实验波形图（2）先将单体电池补充电500mA·h使该电池电量大于其他电池、电池组不平衡. 图10 电池充电保护电压波形（3）启动均衡控制，检测最终充满时均衡策略是否打开，打开是否有效.试验结果表明，该系统可以有效地防止单体电池过充放，保持各个单体电池之间的电压误差在20mV之内，容量误差在5%以内.3 结束语保护均衡电路是磷酸铁锂电池的一个重要保护部分，它不仅防止了单体电池过充和过放，而且均衡了电池的充放电电流.均衡充电模块还有效地使各单体电池的能量趋于一致，从而最大限度地延长电池的使用寿命，保证了动力电池充放电过程的安全高效性.本设计的磷酸铁锂电池保护板电路性能可靠，实用性极强，改善了电池组的安全性能，提高了电池组的循环寿命.该均衡模块对单体电池的能量转移属于耗散型均衡方式，效率还有待提高，均衡的功能还有进一步优化的空间.参考文献:【相关文献】［1］蒋新华.锂离子电池组管理系统研究［D］.上海:中国科学院微系统与信息技术研究所，2007. ［2］比亚迪股份有限公司.用于驱动电动车的锂二次电池组的充放电管理装置:中国，2249592.4［Z］.2004－01－14.［3］雷娟，蒋新华，解晶莹.锂离子电池组均衡电路的发展现状［J］.电池，2007，37（1）:23－24［4］刘有兵，齐铂金，宫学庚.电动汽车动力电池均衡充电的研究［J］.电源技术，2004，28（10）:649－651.［5］熊志伟.混合动力城市客车动力系统研究［D］.武汉:武汉理工大学，2004.。
电动汽车磷酸铁锂电池组能量均衡控制系统的研制
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ｏ ｆ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ，ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｗ ａ ｓ
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磷酸铁锂电池均衡技术综述
摘 要 ： 了达 到 规 模 储 能 的 电压 和 容 量要 求 ， 酸 铁 锂 电池 需 通 过 串并联 达 到 设 计 要 求 ， 生 产 、 用过 程 为 磷 而 使 的 差 异 导 致 的 电 池 单 体 不 一 致性 ， 影 响储 能 电 站 寿命 的 主要 因 素之 一 ， 重 时构 成 安 全 隐 患。 本 文 从 规 模 是 严 储 能 技 术 基 本 概 念 出发 ， 绍 了现 有 均 衡 方 案 的 基 本 拓 扑 结 构 和 控 制 策略 ， 举 了两 种 实 际 应 用 方 案 ， 出 介 列 提
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了各 种 方 案 的 优 劣 与 发 展 趋 势 ， 旨在 对 提 高规 模 储 能 的 经 济 性研 究提 供 有 益 的 启发 。
关 键 词 ： 模 储 能 ； 酸 铁 锂 电 池 ； 衡 电路 ； 规 磷 均 均衡 技 术
中 图分 类号 ： ＴＭ９ ２ ９ １ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３９ ７ （ ０ ２） ３ ０ ０ —７ １ ０ — １ １ ２ １ ０ －０ ４０
磷酸铁锂碳包覆技术
磷酸铁锂碳包覆技术
磷酸铁锂是一种重要的锂离子电池正极材料，具有高能量密度、长寿命和较高的安全性能。
然而，磷酸铁锂也存在一些缺点，如容量衰减、劣化和尺寸变化等问题。
为了解决这些问题，碳包覆技术被广泛应用于磷酸铁锂材料中。
碳包覆技术可以通过在磷酸铁锂颗粒表面包裹一层碳膜来改善其性能。
碳膜可以提供一种保护层，防止磷酸铁锂颗粒与电解液中的有害离子发生反应，从而减缓电池容量衰减的速度。
此外，碳膜还可以增加电极材料的导电性，提高电池的放电性能。
碳包覆技术通常通过两种方法来实现：物理法和化学法。
物理法是将磷酸铁锂颗粒和碳材料一起进行球磨混合，使碳材料均匀地覆盖在磷酸铁锂颗粒表面。
化学法则是将磷酸铁锂颗粒浸渍到碳前体中，然后在高温条件下进行热解，使碳源生成碳膜覆盖在磷酸铁锂表面。
碳包覆技术在提高磷酸铁锂材料性能的同时，也面临一些挑战。
例如，碳包覆层的均匀性、结合强度和稳定性都是需要考虑的问题。
此外，碳包覆过程需要严格控制温度、时间和碳源等因素，以确保最佳的包覆效果。
总的来说，碳包覆技术为磷酸铁锂电池材料提供了一种改善性能的方法，同时也是锂离子电池领域的研究热点之一。
未来，随着技术的不断进步，碳包覆技术有望在电池材料的性能改善和应用拓展方面发挥更重要的作用。
锂电池组保护板均衡充电基本工作原理
成组锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。
常用的均衡充电技术有恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。
而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU，通过和保护芯片的串行通讯（如I2C总线）来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。
本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。
仿真结果和工业生产应用证明，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。
锂电池组保护板均衡充电基本工作原理采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。
其中：1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片（一般包括充电控制引脚CO，放电控制引脚DO，放电过电流及短路检测引脚VM，电池正端VDD，电池负端VSS等）;7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;13为分流放电支路。
单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。
该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。
均衡的分类和原理
均衡分为化学均衡和物理均衡。
化学均衡利用电动汽车电池在充放电过程中自身存在的一些副反应来实现均衡，物理均衡通过外接电路来对电池实现均衡。
1．化学均衡化学均衡最有代表性的就是Ni／MH电池。
在充电末期，电池内部会产生析氧反应。
40H－→O2 + 2H2O+4e－ (7-22)氧气又会在负极上进行还原。
4MH+O2→2H2O+4M (7-23)这样，在充电末期，荷电量大的电池，副反应消耗的电流会增加，使真正产生有效充电的电流减小，而荷电量低的电池则相反，从而实现电池在充电末期的均衡。
同样，在放电过程中，荷电量低的电池出现过放电，电池内部正极会产生氢气，氢气在负极上被吸收，而荷电量高的电池正常放电，从而进行放电均衡。
但注意的是过放电情况下首先受到破坏的是正极的CoOOH导电网络，导电网络的破坏会造成电池性能的不可逆衰减。
这样的均衡调节是以电池内部产生气体为前提的，带来一定的不安全因素，并且影响电池的寿命，通常在充电末期采用小电流间歇式充电降低这些负面影响。
在Ni/MH电池中采用K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6作为氧化还原电对进行过充电保护，可以有效降低电池内压，抑制电池过充电。
要求添加的氧化还原电对的平衡电极电位高于镍电极的氧化电位并低于OH－的析氧电位，并且不能离这两个平衡电位太近，否则影响充电效率。
氧化还原电对添加剂的研究始于二次锂电池的限压保护。
如今已成为锂离子电池限压添加剂的主要组成部分，这类化合物包括芳香族化合物、金属茂化合物、聚吡啶配合物、锂的卤化物、噻蒽、茴香醚、联二茴香醚以及吩嗪等。
这些添加剂都具有以下特点：在有机电解液中有良好的溶解性和较快的扩散速度；有合适的氧化电位；电对的氧化还原反应具有良好的电化学可逆性；氧化产物或还原产物不与电解液组分发生反应；添加剂对电池性能影响很小或没有影响；氧化还原反应发生时的热效应很小。
有些限压添加剂的氧化电位可以调节，如金属茂化合物，其氧化电位一方面取决于中心原子的种类和性质，同时还受到配位取代基的影响，因此使用不同的取代基可调节其氧化电位，从而使金属茂化合物应用于不同正极材料的锂离子电池。
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磷酸铁锂离子电池的均衡保护技术
摘要：基于磷酸铁锂电池的充放电特性以及单体电池存在一定差异的这一实际情况，需要对电池组中各单体之间实现均衡控制，从而避免个别单体的过充、过放所导致的电池组失效，使其性能接近单体电－池的平均水平。
本文描述了电池的均衡控制方法、电路设计和实现步骤，并对磷酸铁锂电池进行均衡充电试验，
结果表明该方法能有效的弥补电池的不一致性。
The technique to ensure the consistency of the batteries
with LiFePO4 cathodes
LI Ge-chen, LI Jin-lu, XU Yu-lin, JIN Gui-cai
(ZEEMOO Sci & Tech Co.,Ltd., Harbin Heilongjiang 150080, China)
Abstract: According to the charge/discharge properties of the batteries with LiFePO4 cathodes, there are d ifferences between the cells. In order to avoid the invalidation of the batteries caused the over charge or over discharge of one of the cells, it is necessary to solely control the cell and ensure its performance very close to the average level of the battery. This paper reports the technique to ensure battery consiste ncy, circuit design and its realization steps. The test results of the batteries with LiFePO4 cathodes indica te that the technique reported here effectively improved the battery consistency.
Keywords: LiFePO4；consistency；protection
锂离子电池已广泛用于便携式电子产品、电动工具和电动车电源。
而以磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池具有优异的热稳定性和循环充放电性能，被业界称为“最安全的锂电池”，因此在近年来，磷酸铁锂电池备受国内外关注。
磷酸铁锂具有稳定、安全、环保等氧化钴锂正极材料难以比拟的优点，完全可以应用到诸如电动汽车、低谷电力储藏、风力与太阳能发电电能储藏、应急于电力储备和车用辅助电源等设备。
在应用过程中供电电源通常由多个单体电池串联组成，以满足设备所需电压和功率要求。
在实际使用中，由于单体电池之间的差异，电池组的容量只能达到最弱的电池的容量。
在串联电池组中，虽然通过单体电池的电流相同，但是由于其容量不同，电池的放电深度也会不同，容量大的总会欠充欠放，而容量小的总会过充过放，这就造成容量大的衰减缓慢、寿命延长；容量小的衰减加快、寿命缩短，两者之间的差异会越来越大，最终小容量电池的失效会导致电池组的提前失效。
通常我们把因单体电池的性能差异而导致的电池组性能降低的现象称为电池匹配失衡。
大多数情况下，引起匹配失衡的原因是电池的制作工艺和检测手段的不完善，而不是锂离子电池本身的化学属性变化。
即使在生产出电池后进行检测分类再进行组合，也会出现电池匹配失衡的现象。
比如：各单体的自放电量不同导致电池组在搁置过程中的容量失衡、单体之间电阻不同导致个别单体在电池组充电过程中过充等。
电池匹配失衡主要表现在两个方面：电池荷电状态失衡（即：所有单体的容量相同，但在电池组制作或搁置过程中，单体的荷电状态不同）和电池容量或能量的失衡。
采用电池均衡处理技术便可解决以上两种失衡问题，从而改进串联电池组的电性能。
电池荷电态失衡需在电池组初次充、放电时进行均衡调整电池,此后只需在充电期间进行均衡即可，而容量或能量失衡则必须在充、放电过程都进行均衡。
1 均衡保护原理
在理想状态下，锂离子电池组中的单体电池满足以下条件，便认为实现了均衡保护管理：电池组中所有单体电池的容量和荷电状态都相同；电池组中所有单体的容量不同，但单体电池的荷电状态相同。
其中电池的荷电状态是指电池的现有容量与电池的实际容量之比。
从上可以看出：电池组均衡是指在电池组的使用过程中，保证各单体电池的荷电状态相同。
为了改进串联电池组的电性能，使不匹配的单体电池达到同样的荷电状态，要求一些电池的充电或放电量比其它电池多，所以要给电池组增加额外的元件和电路，对串联单体进行均衡管理。
这种均衡是通过对电压最高的单体电池分流来实现的。
通过数据采集电路，检测每只串联电池的电压，进而判断其在整个电池组中所处的状态，当它的电压超出总平均电压一定幅度后，控制与该只电池并联的分流电路导通，对其进行分流。
通常的分流电路是由一个功率晶体管和限流电阻串联，再与单体电池并联组成。
在充电过程中控制功率晶体管道通，将高电压电池的电流部分分流，从而使它的充电速度比其它电池慢；在放电过程中导通功率晶体管，增加高电压电池的负载，使它的放电速度比其它电池快，从而实现了电池均衡。
当所有电池都达到同样的荷电状态时，从电池组中获得的总电能相对于均衡前会增加，且各单体电池不会过充、过放，从而
延长了电池组的使用寿命。
2 均衡保护电路设计
2.1 均衡保护电路结构
从均衡电路的拓扑结构来分，常见的设计有集中均衡和独立均衡两种，集中均衡是通过控制器控制继电器网络来切换不同单体，用同一个均衡单元对不同单体电池进行均衡管理，这种方法对硬件设备要求简单，但对继电器网络控制逻辑要求高，每次只能给电池组内的一只单体进行均衡，效率低。
独立均衡有若干均衡单元，通过控制器控制每个均衡单元对一节电池或一组电池进行均衡管理，该方法比集中均衡的硬件复杂，设备成本高，但是均衡的自动化程度高，控制灵活，可以同时对多只电池进行均衡管理，其结构如图
1所示。
3均衡保护实验验证及结论
均衡电压在3.5v～4.5v可以根据需要调整，慢冲均衡电流可达到150mA，快冲均衡电流可达到1.5A；充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值（一般±20mV），实现电池组各单体电池的均充。
可容许各单体电池之间的标称容量误差超过15％而仍然能够达到均充，使电池组中每一个单体电池在充满电后均能充满而不过压。
本系列产品可在-25℃～+60℃环境温度范围中长期稳定可靠工作，此模块只适合磷酸铁锂电池组使用。
本公司的磷酸铁锂电池均衡1～12串电路板已经应用于实践。
实验结果证明，效果非常
好。