Nguyên tắc của bảng bảo vệ pin lithium 3.7V-phân tích các tiêu chuẩn điện áp và sơ cấp của pin lithium

Nhiều loại sử dụng pin

Mục đích của việc phát triển công nghệ cao là làm cho nó phục vụ nhân loại tốt hơn. Kể từ khi được giới thiệu vào năm 1990, pin lithium-ion đã tăng lên do hiệu suất tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi trong xã hội. Pin Lithium-ion nhanh chóng chiếm lĩnh nhiều lĩnh vực với những ưu điểm không thể so sánh được so với các loại pin khác như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy quay phim cỡ nhỏ ... Ngày càng có nhiều quốc gia sử dụng loại pin này cho mục đích quân sự. Ứng dụng cho thấy pin lithium-ion là một nguồn năng lượng xanh nhỏ lý tưởng.

Thứ hai, các thành phần chính của pin lithium-ion

(1) Nắp pin

(2) Vật liệu hoạt động trên điện cực dương là oxit liti coban

(3) Màng chắn - một màng phức hợp đặc biệt

(4) Điện cực âm - vật liệu hoạt động là cacbon

(5) Chất điện phân hữu cơ

(6) Hộp đựng pin

Thứ ba, hiệu suất vượt trội của pin lithium-ion

(1) Điện áp làm việc cao

(2) Năng lượng riêng lớn hơn

(3) Vòng đời dài

(4) Tỷ lệ tự phóng điện thấp

(5) Không có hiệu ứng bộ nhớ

(6) Không ô nhiễm

Bốn, loại pin lithium và lựa chọn dung lượng

Đầu tiên, hãy tính toán dòng điện liên tục mà pin cần cung cấp dựa trên công suất của động cơ của bạn (yêu cầu công suất thực tế và nói chung, tốc độ đi xe tương ứng với công suất thực tương ứng). Ví dụ, giả sử động cơ có dòng điện liên tục 20a (động cơ 1000w ở 48v). Trong trường hợp đó, pin cần cung cấp dòng điện 20a trong thời gian dài. Sự gia tăng nhiệt độ ở mức nông (ngay cả khi nhiệt độ bên ngoài là 35 độ vào mùa hè, nhiệt độ pin được kiểm soát tốt nhất dưới 50 độ). Ngoài ra, nếu dòng điện là 20a ở 48v, áp suất tăng gấp đôi (96v, chẳng hạn như CPU ​​3), và dòng điện liên tục sẽ đạt khoảng 50a. Nếu bạn thích sử dụng quá áp trong thời gian dài, hãy chọn loại pin có thể cung cấp liên tục dòng điện 50a (vẫn chú ý đến độ tăng nhiệt độ). Dòng điện liên tục của cơn bão ở đây không phải là dung lượng xả pin danh định của thương gia. Người bán hàng khẳng định rằng một vài C (hoặc hàng trăm ampe) là khả năng phóng điện của pin, và nếu nó được phóng ở dòng điện này, pin sẽ sinh ra nhiệt nghiêm trọng. Nếu nhiệt không được tản ra đầy đủ, tuổi thọ của pin sẽ ngắn lại. (Và môi trường pin của các loại xe điện của chúng ta là pin được xếp chồng lên nhau và xả hết. Về cơ bản, không có khoảng trống nào để lại, và bao bì rất chặt chẽ, chưa nói đến cách buộc làm mát không khí để tản nhiệt). Môi trường sử dụng của chúng tôi rất khắc nghiệt. Dòng xả của pin cần được giảm tốc độ để sử dụng. Đánh giá khả năng xả dòng của pin là xem mức độ tăng nhiệt độ tương ứng của pin ở dòng điện này là bao nhiêu.

Nguyên tắc duy nhất được thảo luận ở đây là sự gia tăng nhiệt độ của pin trong quá trình sử dụng (nhiệt độ cao là kẻ thù chết người của tuổi thọ pin lithium). Tốt nhất nên kiểm soát nhiệt độ của pin dưới 50 độ. (Từ 20-30 độ là tốt nhất). Điều này cũng có nghĩa là nếu đó là loại pin lithium dung lượng (xả dưới 0.5C), dòng xả liên tục 20a thì yêu cầu công suất lớn hơn 40ah (tất nhiên, điều quan trọng nhất phụ thuộc vào điện trở bên trong của pin). Nếu là pin lithium dạng nguồn, thông thường sẽ xả liên tục theo 1C. Ngay cả loại pin lithium có điện trở nội cực thấp A123 thường tốt nhất nên loại bỏ ở 1C (không quá 2C là tốt hơn, xả 2C chỉ có thể sử dụng trong nửa giờ và nó không hữu ích lắm). Việc lựa chọn dung tích phụ thuộc vào kích thước của chỗ để xe, ngân sách chi tiêu cá nhân và phạm vi hoạt động dự kiến ​​của xe. (Khả năng nhỏ thường yêu cầu pin lithium loại điện)

5. Sàng lọc và lắp ráp pin

Điều cấm kỵ lớn khi sử dụng pin lithium nối tiếp là sự mất cân bằng nghiêm trọng của khả năng tự phóng điện của pin. Miễn là mọi người không cân bằng như nhau là được. Vấn đề là trạng thái này đột ngột không ổn định. Ắc quy tốt có tự phóng điện nhỏ, bão tố xấu có tự phóng điện lớn, điều kiện mà tự phóng điện không nhỏ hay không thường thay đổi từ tốt thành xấu. Trạng thái, quá trình này không ổn định. Do đó, cần sàng lọc những viên pin có độ tự phóng điện lớn và chỉ để lại những viên pin có độ tự phóng điện nhỏ (nói chung độ tự phóng điện của các sản phẩm đủ tiêu chuẩn là nhỏ, và nhà sản xuất đã đo lường được, và vấn đề là ở chỗ nhiều sản phẩm không đạt chất lượng tràn vào thị trường).

Dựa trên mức tự phóng điện nhỏ, chọn các dòng có công suất tương tự. Ngay cả khi nguồn điện không đồng nhất, nó sẽ không ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin, nhưng nó sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của toàn bộ bộ pin. Ví dụ, 15 pin có dung lượng 20ah, và chỉ một pin là 18ah, vì vậy tổng dung lượng của nhóm pin này chỉ có thể là 18ah. Khi sử dụng hết pin sẽ bị chết bo mạch bảo vệ. Điện áp của toàn bộ pin vẫn còn tương đối cao (vì điện áp của 15 pin khác là tiêu chuẩn, và vẫn còn điện). Do đó, điện áp bảo vệ xả của toàn bộ pin có thể cho biết dung lượng của toàn bộ pin có giống nhau hay không (với điều kiện phải sạc đầy từng ô pin khi toàn bộ pin được sạc đầy). Tóm lại, dung lượng không cân bằng không ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin mà chỉ ảnh hưởng đến khả năng của cả nhóm, vì vậy hãy cố gắng chọn một bộ lắp ráp có độ tương đồng.

Pin được lắp ráp phải đạt được điện trở tiếp xúc ohmic tốt giữa các điện cực. Điện trở tiếp xúc giữa dây dẫn và điện cực càng nhỏ càng tốt; nếu không, điện cực có điện trở tiếp xúc đáng kể sẽ nóng lên. Nhiệt lượng này sẽ được truyền vào bên trong pin dọc theo điện cực và ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Tất nhiên, biểu hiện của điện trở lắp ráp đáng kể là sự sụt giảm điện áp đáng kể của bộ pin dưới cùng một dòng phóng điện. (Một phần của điện áp rơi là điện trở bên trong của tế bào và một phần là điện trở tiếp xúc được lắp ráp và điện trở dây dẫn)

Sáu, lựa chọn bảng bảo vệ và các vấn đề sử dụng sạc và xả

(Dữ liệu dành cho pin lithium sắt phosphate, nguyên lý của pin 3.7v thông thường giống nhau, nhưng thông tin khác nhau)

Mục đích của bo mạch bảo vệ là bảo vệ pin khỏi sạc quá mức và phóng điện quá mức, ngăn dòng điện cao gây bão và cân bằng điện áp pin khi pin được sạc đầy (khả năng cân bằng nói chung là tương đối nhỏ, vì vậy nếu có bo mạch bảo vệ pin tự xả, đặc biệt Việc cân bằng là một thách thức, và cũng có những bo mạch bảo vệ cân bằng ở bất kỳ trạng thái nào, tức là việc bù được thực hiện ngay từ khi bắt đầu sạc, điều này dường như rất hiếm).

Đối với tuổi thọ của bộ pin, chúng tôi khuyến nghị rằng điện áp sạc pin không vượt quá 3.6v tại bất kỳ thời điểm nào, có nghĩa là điện áp tác động bảo vệ của bảng bảo vệ không cao hơn 3.6v và điện áp cân bằng được khuyến nghị là 3.4v-3.5v (mỗi cell 3.4v đã được sạc hơn 99% Pin, đề cập đến trạng thái tĩnh, điện áp sẽ tăng khi sạc với dòng điện cao). Điện áp bảo vệ phóng điện của ắc quy nói chung là trên 2.5v (trên 2v không phải là vấn đề lớn, nói chung là ít sử dụng hết điện nên yêu cầu này không cao).

Điện áp tối đa được đề xuất của bộ sạc (bước sạc cuối cùng có thể là chế độ sạc điện áp không đổi cao nhất) là 3.5 *, số lượng dây, chẳng hạn như khoảng 56v cho 16 hàng. Thông thường, có thể cắt sạc ở mức trung bình 3.4v cho mỗi cell (về cơ bản là sạc đầy) để đảm bảo tuổi thọ của pin. Tuy nhiên, vì bo mạch bảo vệ vẫn chưa bắt đầu cân bằng nếu lõi pin có mức tự phóng điện lớn, nó sẽ hoạt động như một nhóm theo thời gian; công suất giảm dần. Vì vậy, cần phải thường xuyên sạc mỗi pin đến 3.5v-3.6v (chẳng hạn như hàng tuần) và giữ nó trong vài giờ (miễn là trung bình lớn hơn điện áp khởi động cân bằng) thì tự phóng điện càng lớn. , thời gian cân bằng càng lâu. Tự xả Pin quá khổ rất khó cân bằng và cần được loại bỏ. Vì vậy, khi chọn bảng bảo vệ, hãy cố gắng chọn bảo vệ quá áp 3.6v và bắt đầu cân bằng xung quanh 3.5v. (Hầu hết các bảo vệ quá áp trên thị trường là trên 3.8v và trạng thái cân bằng được hình thành trên 3.6v). Việc chọn điện áp khởi động cân bằng phù hợp quan trọng hơn điện áp bảo vệ vì có thể điều chỉnh điện áp tối đa bằng cách điều chỉnh giới hạn điện áp tối đa của bộ sạc (nghĩa là bo mạch bảo vệ thường không có cơ hội làm nhiệm vụ bảo vệ cao áp). Tuy nhiên, giả sử điện áp cân bằng là cao. Trong trường hợp đó, pin không có cơ hội cân bằng (trừ khi Điện áp sạc lớn hơn điện áp cân bằng, nhưng điều này ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin), pin sẽ giảm dần do khả năng tự phóng điện (pin lý tưởng có tự xả 0 không tồn tại).

Khả năng phóng điện liên tục của bo mạch bảo vệ. Đây là điều tồi tệ nhất để nhận xét. Vì khả năng hạn chế hiện tại của bo mạch bảo vệ là vô nghĩa. Ví dụ bạn để một ống 75nf75 tiếp tục cho dòng điện 50a đi qua (lúc này công suất sưởi khoảng 30w, ít nhất là hai ống 60w mắc nối tiếp với cùng một board cổng), miễn là có tản nhiệt đủ để tản nhiệt. nhiệt, không có vấn đề gì. Nó có thể được giữ ở 50a hoặc thậm chí cao hơn mà không làm cháy ống. Nhưng bạn không thể nói rằng bảng bảo vệ này có thể kéo dài dòng điện 50a vì hầu hết các bảng bảo vệ của mọi người đều được đặt trong hộp pin rất gần với pin hoặc thậm chí gần. Do đó, nhiệt độ cao như vậy sẽ làm nóng pin và nóng máy. Vấn đề là nhiệt độ cao là kẻ thù chết người của bão.

Do đó, môi trường sử dụng của bảng bảo vệ quyết định cách chọn giới hạn dòng điện (không phải công suất hiện tại của chính bảng bảo vệ). Giả sử bo mạch bảo vệ được lấy ra khỏi hộp pin. Trong trường hợp đó, hầu như bất kỳ bo mạch bảo vệ nào có tản nhiệt đều có thể xử lý dòng điện liên tục 50a hoặc thậm chí cao hơn (tại thời điểm này, chỉ tính đến công suất của bo mạch bảo vệ và không cần lo lắng về việc nhiệt độ tăng gây hư hỏng pin). Tiếp theo, tác giả nói về môi trường mà mọi người thường sử dụng, trong cùng một không gian hạn chế với pin. Lúc này công suất phát nóng tối đa của board bảo vệ kiểm soát tốt nhất là dưới 10w (nếu là board bảo vệ nhỏ thì cần từ 5w trở xuống, còn board bảo vệ công suất lớn có thể trên 10w vì nó tản nhiệt tốt. và nhiệt độ sẽ không quá cao). Còn về mức độ bao nhiêu là phù hợp thì nên tiếp tục. Nhiệt độ tối đa của toàn bộ bảng không vượt quá 60 độ khi có dòng điện (50 độ là tốt nhất). Về mặt lý thuyết, nhiệt độ của bo mạch bảo vệ càng thấp càng tốt và càng ít ảnh hưởng đến các tế bào.

Bởi vì cùng một bảng cổng được kết nối nối tiếp với bộ sạc điện, sự sinh nhiệt của cùng một tình huống cao gấp đôi so với bảng cổng khác nhau. Đối với cùng một sự phát nhiệt, chỉ có số lượng ống cao hơn bốn lần (theo tiền đề của cùng một mô hình Mos). Hãy tính toán, nếu dòng điện liên tục 50a, thì nội trở Mos là hai mili giây (cần 5 ống 75nf75 để có được điện trở nội tương đương này) và công suất sưởi là 50 * 50 * 0.002 = 5w. Lúc này có thể (thực tế dòng mos công suất 2 miliohms nội trở hơn 100a không vấn đề gì, nhưng tỏa nhiệt lớn). Nếu là cùng một bo mạch cổng thì cần 4 Mos nội trở 2 miliohm (mỗi hai nội trở song song là một miliohm, sau đó mắc nối tiếp thì tổng trở nội trở bằng 2 triệu 75 ống được sử dụng, tổng số là 20). Giả sử dòng điện liên tục 100a để công suất sưởi là 10w. Trong trường hợp đó, cần phải có đường dây có nội trở 1 miliohm (tất nhiên, có thể thu được điện trở nội tương đương chính xác bằng cách kết nối song song MOS). Nếu số lượng cổng khác nhau vẫn là bốn lần, nếu dòng điện liên tục 100a vẫn cho phép Công suất sưởi tối đa 5w, thì chỉ có thể sử dụng ống 0.5 miliohm, cần số lượng Mos gấp bốn lần so với dòng điện liên tục 50a để tạo ra như nhau nhiệt lượng). Vì vậy, khi sử dụng bo mạch bảo vệ nên chọn bo mạch có nội trở không đáng kể để giảm nhiệt độ. Nếu điện trở bên trong đã được xác định, vui lòng để bo mạch và bên ngoài tản nhiệt tốt hơn. Chọn bảng bảo vệ và đừng nghe công suất hiện tại liên tục của người bán. Chỉ cần hỏi tổng nội trở của mạch phóng điện của bảng bảo vệ và tự tính toán (hỏi loại ống nào dùng, số lượng bao nhiêu, tự kiểm tra tính toán nội trở). Tác giả cảm thấy rằng nếu nó được phóng điện dưới dòng điện liên tục danh định của người bán, thì sự gia tăng nhiệt độ của bảng bảo vệ phải tương đối cao. Vì vậy, tốt nhất là chọn một bảng bảo vệ với derating. (Nói 50a liên tục, bạn có thể sử dụng 30a, bạn cần 50a không đổi, tốt nhất là mua 80a danh nghĩa liên tục). Đối với người dùng sử dụng CPU 48v, khuyến nghị rằng tổng điện trở bên trong của bảng bảo vệ không quá hai mili giây.

Sự khác biệt giữa bo mạch cổng giống nhau và bo mạch cổng khác nhau: bo mạch cổng giống nhau là cùng một đường để sạc và xả, và cả sạc và xả đều được bảo vệ.

Bo mạch cổng khác nhau độc lập với đường sạc và xả. Cổng sạc chỉ bảo vệ khỏi sạc quá mức khi sạc và không bảo vệ nếu rút ra khỏi cổng sạc (tuy có thể xả hết nhưng dung lượng hiện tại của cổng sạc nói chung là tương đối nhỏ). Cổng xả bảo vệ chống xả quá mức trong quá trình xả. Nếu sạc từ cổng xả, sạc quá mức sẽ không được bảo hiểm (vì vậy sạc ngược của CPU hoàn toàn có thể sử dụng được đối với bo mạch cổng khác. Và sạc ngược nhỏ hơn năng lượng được sử dụng, vì vậy đừng lo lắng về việc sạc quá mức pin do sạc ngược. Trừ khi bạn đi ra ngoài với đầy đủ tiền, nếu không, bạn sẽ xuống dốc ngay lập tức. từ cổng xả, trừ khi bạn liên tục theo dõi điện áp sạc (chẳng hạn như sạc dòng điện cao khẩn cấp tạm thời bên đường, bạn có thể tin tưởng từ cổng xả và tiếp tục đi xe mà không cần sạc đầy, đừng lo lắng về việc sạc quá mức)

Tính dòng điện liên tục tối đa của động cơ, chọn pin có công suất hoặc công suất phù hợp có thể đáp ứng dòng điện liên tục này và nhiệt độ tăng được kiểm soát. Điện trở bên trong của bảng bảo vệ càng nhỏ càng tốt. Khả năng bảo vệ quá dòng của bảng bảo vệ chỉ cần bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ sử dụng bất thường khác (không cố gắng hạn chế dòng điện theo yêu cầu của bộ điều khiển hoặc động cơ bằng cách hạn chế sự kéo dài của bảng bảo vệ). Vì nếu động cơ của bạn cần dòng điện 50a mà bạn không sử dụng bảng bảo vệ để xác định dòng điện 40a sẽ gây ra hiện tượng bảo vệ thường xuyên. Việc bộ điều khiển mất điện đột ngột sẽ rất dễ làm hỏng bộ điều khiển.

Bảy, phân tích tiêu chuẩn điện áp của pin lithium-ion

(1) Điện áp hở mạch: đề cập đến điện áp của pin lithium-ion ở trạng thái không hoạt động. Lúc này, không có dòng điện chạy qua. Khi pin được sạc đầy, hiệu điện thế giữa các điện cực âm và dương của pin thường vào khoảng 3.7V, mức cao có thể lên tới 3.8V;

(2) Tương ứng với điện áp hở mạch là điện áp làm việc, tức là điện áp của pin lithium-ion ở trạng thái hoạt động. Lúc này, có dòng điện chạy qua. Vì phải thắng nội trở khi dòng điện chạy qua nên điện áp vận hành luôn thấp hơn tổng điện áp tại thời điểm có điện;

(3) Điện áp kết thúc: nghĩa là pin không được tiếp tục phóng điện sau khi được đặt ở một giá trị điện áp cụ thể, giá trị này được xác định bởi cấu trúc của pin lithium-ion, thường là do tấm bảo vệ, điện áp của pin khi phóng điện được kết thúc là khoảng 2.95V;

(4) Điện áp tiêu chuẩn: Về nguyên tắc, điện áp tiêu chuẩn còn được gọi là điện áp định mức, dùng để chỉ giá trị kỳ vọng của hiệu điện thế gây ra bởi phản ứng hóa học của các vật liệu tích cực và tiêu cực của pin. Điện áp định mức của pin lithium-ion là 3.7V. Có thể thấy rằng điện áp tiêu chuẩn là Điện áp làm việc tiêu chuẩn;

Đánh giá điện áp của bốn pin lithium-ion nói trên, điện áp của pin lithium-ion tham gia vào trạng thái làm việc có điện áp tiêu chuẩn và điện áp làm việc. Trong điều kiện không hoạt động, điện áp của pin lithium-ion nằm giữa điện áp mở mạch và điện áp cuối vì pin lithium-ion. Phản ứng hóa học của pin ion có thể được sử dụng nhiều lần. Do đó, khi điện áp của pin lithium-ion ở điện áp kết thúc, pin phải được sạc. Nếu không sạc pin trong thời gian dài, tuổi thọ của pin sẽ bị giảm hoặc thậm chí bị chai.