关键词:锂电池;PACK;知识;解析 来源:加道锂电池 锂电池的应用广泛,从民用的数码、通信产品到工业设备到军用电源等都在批量使用,不同产品需要不同的电压和容量,因此锂离子电池串联和并联使用情况很多,锂电池通过加装保护电路、外壳、输出而形成的应用电池称为PACK。PACK可以是单只电池,如手机电池、数码相机电池、MP3、MP4电池等,也可以是串并联组合电池,如笔记本电脑电池,医疗设备电池,通信电源,电动车电池,备用电源等。
1、PACK组成:
PACK包括电池组、保护板、外包装或外壳、输出(包括连接器),钥匙开关,电量指示,及EVA、青稞纸、塑胶支架等辅助材料这几项共同组成PACK。PACK的外特性由应用决定。PACK的种类很多。
2、各材料用途:见下表
序号 | 材料名称 | 用途 | 备注 | 1 | 锂离子电池 | 提供能量。PACK的核心部件放电时化学能转化成电能,充电时电能转化成化学能。主材料之一。 | 多种类,多型号,必配 | 2 | 保护板 | 保护电池工作于安全环境下,是PACK重要的必备部件。主材料之一。 | 按使用要求配备,必配 | 3 | 外壳 | 锂电池组的包装载体。保护电池免受外力和美观,便于安装于电池应用设备上。主材料之一。 | 多样式,由客户决定 | 4 | 钥匙开关 | 电池输出开关。电池车电池配备。 | 非必配件 | 5 | 电量指示 | 指示电池剩余能量,分电压指示方式和积分计算指示方式。 | 非必配件 | 6 | 青稞纸 | 隔离与绝缘。隔离开电池与其它部件。 |
| 7 | EVA | 隔离与减震。或做填充以固定电池位置。 |
| 8 | 支架 | 对电池定形。使电池按一定顺序排列并方便散热。 | 开模具 | 9 | 高温胶带 | 隔离与绝缘。隔离开需要隔离的部件。 | 非必备件 | 10 | 镍带 | 完成电池的并、串联。通过电流。 | 必备 | 11 | 导线 | 连接电池输出。 | 必备 | 12 | 输出连接器 | 电池输出接口,实现与使用端的匹配连接。 | 非必备件 | 13 | 标签 | 显示电池组参数及使用注意事项。 | 非必备件 | 14 | PVC | 电池外包装。热缩塑形。 | 非必备件 | 15 | 转接电路板 | 实现电池定位,串联及并联组合。 | 非必备件 | 16 | 保险管 | 过流保护,防止异常大电流损坏器件 | 非必备件 |
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3、PACK的特点
有完整的功能,可直接应用。 种类的多样性。同一应用需求有多种PACK能实现。 电池组PACK要求电池具有高度的一致性(容量,内阻,电压,放电曲线,寿命)。 电池组PACK的循环寿命低于单只电池的循环寿命。 在限定的条件下使用(包括充电、放电电流,充电方式,温度、湿度条件,振动情况,受力程度等) 锂电池组PACK保护板要求有充电均衡功能。 高电压、大电流电池组PACK(如电动车电池、储能系统)要求配备电池管理系统(BMS)、CAN、RS485等通迅总线。 电池组PACK对充电器的要求较高,有些要求和BMS实现通迅,目的是使每只电池正常工作、完全发挥出电池储存的能量,并保证使用安全、可靠。
4、PACK的设计
5、使用注意事项
1、电池组
组成:电池由单体电池通过并串联而成。并联增加容量,电压不变,串联后电压倍增,容量不变,如3.6V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并组成,36V/2Ah电池可由单只N18650/2Ah通过10串组成,36V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并10串组成。
组合要求:并联及串联的电池要求种类一致、型号一致,容量、内阻、电压值差异不大于2%。本质是电池充电放电曲线的一致(动态一致性)。但很难做到,一般情况下,电池通过并联串联组合后,容量损失2%~5%,电池数量越多,容量损失越多。
组合的实现:电池的组合通过二种方式实现,一是通过镍带点焊或激光焊接或超声波焊接,这是常用手段,优点是可靠性较好,但不易更换。二是通过弹性金属片接触,优点是不需要焊接,电池更换相对容易,缺点是可能导致接触不良。
要求:电池组要符合用户使用时的工作时间要求、环境要求、振动要求、充电要求,寿命要求等。电池组不可单独使用(过充电、过放电、过电流均会损伤电池。)需要配备专用保护板方可使用。
2、保护板
A、过充电保护,不同体系的电池的过充电保护电压不同,一般情况下,磷酸铁锂的过充电保护3.65V~3.85V,钴酸锂、锰酸锂,三元材料锂电池过充电保护电压为4.2V~4.35V。
B、过放电保护,磷酸铁锂的过放电保护电压2~2.5V,其它三种锂电池为2.3V~2.9V。
C、短路保护。由IC和MOSFET的参数决定。不同IC和MOSFET的短路保护值不同。
D、过充电保护恢复电压。IC都有此功能,一般恢复电压低于保护电压0.1~0.2V。
E、过放电保护恢复电压。有些IC无此功能。过放电后需要通过充电来恢复。
F、短路保护延迟时间。一般十几毫秒。
G、均衡功能。有些应用需要均衡功能。因电池放电电流较大,均衡不易实现,目前多为充电均衡,均衡的目的是保证每只电池都能充满电,延长使用寿命,最大限度的发挥电池的作用。
保护板的使用:
A、保护板靠近电池连接,锂电池不可脱离保护板单独使用。 B、注意保护板与电池间做有效的隔离,起绝缘和隔热作用。 C、多节保护板与电池安装连接时,按照先低电平后高电平的顺序连接。即先连接B-,然后B1、B2......B9,最后B 。见下图。拆下保护板时,与安装顺序相反。
保护板的设计
作为一名合格的研发工程师,设计一款产品要实现最优化。即具有最高的性价比。保护板的设计要考虑如下几点:
A、设计要保证可靠性、工作稳定性。过流参数保留有至少30%的技术余量。 B、设计的产品要便于测试。 C、设计要便于生产和调试。工艺上要简化。 D、产品要便于安装。 E、设计要满足尺寸的要求。 F、设计要方便采购器件。使用器件不能太特殊。 G、设计要考虑成本。 H、设计要充分考虑散热及散热器件的放置。 I、设计要考虑环保要求。
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