陳煒明

摘? 要：現(xiàn)在的鋰電池的容量越來越高，主要用于滿足各種電子設(shè)備的使用需要。但是，由于電子設(shè)備的體積越來越小，對(duì)于鋰電池的也有相應(yīng)的規(guī)格要求，這就要求鋰電池的容量密度比較高，才能滿足使用要求。如果鋰電池組在運(yùn)行的過程中不能對(duì)充電和放電進(jìn)行有效的控制，就會(huì)導(dǎo)致鋰電池組存在問題，內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，出現(xiàn)電池膨脹，甚至產(chǎn)生破裂的問題。所以，在使用電子元件的時(shí)候要保證鋰電池正常發(fā)揮功能，維護(hù)使用者的安全，就要對(duì)鋰電池組充放控制電路采取必要的保護(hù)措施，切實(shí)地發(fā)揮保護(hù)元件的作用，避免鋰電池組在使用的過程中產(chǎn)生損壞的問題。該文著重于研究鋰電池組充放控制電路保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：鋰電池組;充放控制電路;保護(hù)措施

中圖分類號(hào)：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

鋰電池自身的特點(diǎn)決定鋰電池組要更好地發(fā)揮充電和放電的功能，從其使用的材料來看，其充電和放電都要合理控制是由使用的材料決定的。這些材料在鋰電池組充電和放電的過程中會(huì)產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象，影響電池組的使用壽命。所以，在進(jìn)行這項(xiàng)操作的時(shí)候不能產(chǎn)生過流、過放和短路等問題，既要發(fā)揮鋰電池保護(hù)元件的作用，同時(shí)還要采取必要的保護(hù)措施。

1 鋰電池組充放控制電路存在的問題

1.1 鋰電池組過放的問題

從當(dāng)前的鋰電池組充放電技術(shù)應(yīng)用情況來看，當(dāng)鋰電池組進(jìn)行放電操作的時(shí)候，很容易產(chǎn)生過放電的問題，對(duì)電池的使用壽命造成了一定的影響。為了有效地解決這一問題，通常采用的技術(shù)方案是設(shè)置鋰電池管理系統(tǒng)，連接到鋰電池組上，對(duì)電池組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)施實(shí)時(shí)管理。雖然這種技術(shù)方案有一定的成效，但是，也存在一些不足之處。例如，當(dāng)鋰電池組為低壓狀態(tài)的時(shí)候，鋰電池組依然連接在電池管理系統(tǒng)上，鋰電池組依然在工作，即便不需要實(shí)施電池組管理了，也在進(jìn)行持續(xù)性的電能供應(yīng)，直到將電完全放光為止。在此過程中，鋰電池組就會(huì)出現(xiàn)過放的問題，如果沒有及時(shí)補(bǔ)救，就會(huì)對(duì)鋰電池組的二次使用造成不良影響[1]。

1.2 與鉛酸電池組充電方式的兼容問題

蓄電池組通過不間斷電源連接到整流逆變模塊上，發(fā)揮整流逆變模塊的作用就可以起到將直流電轉(zhuǎn)換成交流市電，保證電能供應(yīng)的穩(wěn)定性，使得用戶設(shè)備接受持續(xù)穩(wěn)定的電源而保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，例如壓力變送器以及電磁閥等電力電子設(shè)備也能夠接受持續(xù)性的電能供應(yīng)。當(dāng)市電傳輸處于正常的運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，不間斷電源對(duì)市電的電壓穩(wěn)定后，就可以向負(fù)載供應(yīng)使用，這個(gè)時(shí)候，交流式電穩(wěn)壓器就是不間斷電源，在其運(yùn)行的過程中，還會(huì)向機(jī)內(nèi)的電池充電。如果市電中斷，即因?yàn)槟承┦鹿室蛩氐挠绊憣?dǎo)致停電的時(shí)候，不間斷電源就會(huì)發(fā)揮電池的直流電能作用，隨著整流逆變模塊運(yùn)行，將直流電轉(zhuǎn)換為220VAC的交流電，繼續(xù)提供電能，這樣可以確保負(fù)載軟件和硬件不會(huì)因?yàn)槎虝旱耐ｋ妴栴}造成損壞。

從現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用情況來看，提供不間斷電源所使用的電池主要是鉛酸電池組，鋰電池組處于推廣階段。在對(duì)鉛酸電池組的使用過程中，只需將其直接串并連接到整流逆變模塊上，采用的簡(jiǎn)單的均浮充方式就可以直接對(duì)鉛酸電池組充電至滿電的備用狀態(tài);當(dāng)鉛酸電池組處于放電狀態(tài)的時(shí)候，就可以針對(duì)整流逆變模塊的直流端放電[2]。而使用鋰電池組的時(shí)候，由于鋰電池組的特性使然，當(dāng)鋰電池組處于充電狀態(tài)的時(shí)候，控制器需要對(duì)鋰電池組進(jìn)行單體電壓、總電壓及電芯溫度進(jìn)行管理控制，這就需要外接充電機(jī)發(fā)揮充電的作用。

2 對(duì)充放控制電路采取的保護(hù)措施

2.1 發(fā)揮保護(hù)模塊自動(dòng)脫開的作用

鋰電池組使用的過程中要發(fā)揮充放電控制電路的作用，即對(duì)繼電保護(hù)裝置和手動(dòng)按鈕按鈕的設(shè)置過程中，當(dāng)鋰電池組持續(xù)處于低壓的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候，電池管理系統(tǒng)運(yùn)行中就可以發(fā)揮自檢功能，對(duì)于繼電保護(hù)裝置的吸合進(jìn)行判斷，確定是否需要采取保護(hù)措施。

如圖1所示的流程，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕使電池管理系統(tǒng)上電并進(jìn)行自檢，當(dāng)自檢通過后驅(qū)動(dòng)繼電保護(hù)裝置吸合，這樣松開啟動(dòng)按鈕后電池管理系統(tǒng)也會(huì)正常運(yùn)行;而當(dāng)鋰電池組由于放電，電壓越來越低，低到保護(hù)閥值時(shí)，電池管理系統(tǒng)將斷開繼電保護(hù)裝置，從而使整個(gè)電池管理系統(tǒng)失電，從鋰電池組上脫開。采用這種設(shè)置方式，當(dāng)鋰電池組為低壓運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，可以與電池管理系統(tǒng)之間斷開，避免鋰電池組被過度放電而處于欠壓的狀態(tài)。

2.2 充放電模塊與鉛酸電池組兼容

鋰電池組的充放電控制電路主要包括3個(gè)部分，即鋰電池組、整流逆變模塊以及充放電模塊。充放電模塊對(duì)鋰電池組的充電和放電控制作用在于與鋰電池組連接，同時(shí)連接到整流逆變模塊上。充放電模塊主要由5個(gè)部分組成，即直流接觸器、霍爾傳感器、直流充電機(jī)、逆止二極管以及控制器。逆止二極管的陰極連接到整流逆變模塊直流端的正極上，陽極與霍爾傳感器的連接采用串聯(lián)的方式，同時(shí)連接到鋰電池后接整流逆變模塊的直流端負(fù)極。直流充電機(jī)的進(jìn)線端與整流逆變模塊的直流端連接，采用的是直流接觸器跨接的方式，充電端的正極連接到逆止二極管的陽極上，充電端的負(fù)極連接到整流逆變模塊的負(fù)極[3]。

而采用充放電控制電路應(yīng)用充電方式兼容的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行保護(hù)，采用逆止二極管方式的設(shè)置，促使鋰電池組與整流逆變模塊分開，不與充放電模塊連接，也就是說，放電回路中采用串聯(lián)的方式，將鋰電池組、霍爾傳感器和整流逆變模塊連接起來，直流充電機(jī)的進(jìn)線端與整流逆變模塊的直流端進(jìn)行連接，則發(fā)揮了直流接觸器的作用，采用跨接的方式級(jí)聯(lián)起來，其充電端的正極連接到逆止二極管的陽極，充電端的負(fù)極則練級(jí)在整流逆變模塊的負(fù)極，這樣就使充電回路與放電回路分開，充電回路的斷開與否不影響放電回路，使放電回路運(yùn)行的時(shí)候，總是處于連通的狀態(tài)，鋰電池組可以持續(xù)放電，保證電池組的安全可靠性（圖2）。

3 結(jié)語

通過上面的研究可以發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)前的鋰電池容量比較大，而且設(shè)計(jì)技術(shù)要求比較高，對(duì)于充放電控制電路就會(huì)有較高的要求。從當(dāng)前鋰電池組充放控制電路的運(yùn)行情況來看，在具體的應(yīng)用中依然存在一些問題，例如過充、過放以及充電方式兼容的問題，這就需要對(duì)充放控制電路采取合適的保護(hù)措施，發(fā)揮保護(hù)模塊的作用，對(duì)充放電模塊合理使用，設(shè)計(jì)保護(hù)電路，使得鋰電池組在使用中得到更好的保護(hù)，提高兼容性，保證良好的使用效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡新福，張?jiān)捶?，林金? 一種鋰電池組主動(dòng)均衡充電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)[J]. 電子制作， 2018 （23）：8-10.

[2] 史永勝，魏浩， 李玨. 基于SOC的鋰離子電池充放電均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J]. 自動(dòng)化與儀表，2018，33 （12）：88-93.

[3] 徐歌. 電動(dòng)汽車充放電站的故障分析與保護(hù)控制研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2018：70.