鋰電池組充放控制電路保護措施

陳煒明

摘? 要：現在的鋰電池的容量越來越高，主要用于滿足各種電子設備的使用需要。但是，由于電子設備的體積越來越小，對于鋰電池的也有相應的規格要求，這就要求鋰電池的容量密度比較高，才能滿足使用要求。如果鋰電池組在運行的過程中不能對充電和放電進行有效的控制，就會導致鋰電池組存在問題，內部產生大量的熱量，出現電池膨脹，甚至產生破裂的問題。所以，在使用電子元件的時候要保證鋰電池正常發揮功能，維護使用者的安全，就要對鋰電池組充放控制電路采取必要的保護措施，切實地發揮保護元件的作用，避免鋰電池組在使用的過程中產生損壞的問題。該文著重于研究鋰電池組充放控制電路保護措施。

關鍵詞：鋰電池組;充放控制電路;保護措施

中圖分類號：TM912 文獻標志碼：A

0 引言

鋰電池自身的特點決定鋰電池組要更好地發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產生過熱的現象，影響電池組的使用壽命。所以，在進行這項操作的時候不能產生過流、過放和短路等問題，既要發揮鋰電池保護元件的作用，同時還要采取必要的保護措施。

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

從當前的鋰電池組充放電技術應用情況來看，當鋰電池組進行放電操作的時候，很容易產生過放電的問題，對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，通常采用的技術方案是設置鋰電池管理系統，連接到鋰電池組上，對電池組的運行狀態進行動態監控，實施實時管理。雖然這種技術方案有一定的成效，但是，也存在一些不足之處。例如，當鋰電池組為低壓狀態的時候，鋰電池組依然連接在電池管理系統上，鋰電池組依然在工作，即便不需要實施電池組管理了，也在進行持續性的電能供應，直到將電完全放光為止。在此過程中，鋰電池組就會出現過放的問題，如果沒有及時補救，就會對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，發揮整流逆變模塊的作用就可以起到將直流電轉換成交流市電，保證電能供應的穩定性，使得用戶設備接受持續穩定的電源而保持良好的運行狀態，例如壓力變送器以及電磁閥等電力電子設備也能夠接受持續性的電能供應。當市電傳輸處于正常的運行狀態的時候，不間斷電源對市電的電壓穩定后，就可以向負載供應使用，這個時候，交流式電穩壓器就是不間斷電源，在其運行的過程中，還會向機內的電池充電。如果市電中斷，即因為某些事故因素的影響導致停電的時候，不間斷電源就會發揮電池的直流電能作用，隨著整流逆變模塊運行，將直流電轉換為220VAC的交流電，繼續提供電能，這樣可以確保負載軟件和硬件不會因為短暫的停電問題造成損壞。

從現有技術的應用情況來看，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，采用的簡單的均浮充方式就可以直接對鉛酸電池組充電至滿電的備用狀態;當鉛酸電池組處于放電狀態的時候，就可以針對整流逆變模塊的直流端放電[2]。而使用鋰電池組的時候，由于鋰電池組的特性使然，當鋰電池組處于充電狀態的時候，控制器需要對鋰電池組進行單體電壓、總電壓及電芯溫度進行管理控制，這就需要外接充電機發揮充電的作用。

2 對充放控制電路采取的保護措施

2.1 發揮保護模塊自動脫開的作用

鋰電池組使用的過程中要發揮充放電控制電路的作用，即對繼電保護裝置和手動按鈕按鈕的設置過程中，當鋰電池組持續處于低壓的狀態，這個時候，電池管理系統運行中就可以發揮自檢功能，對于繼電保護裝置的吸合進行判斷，確定是否需要采取保護措施。

如圖1所示的流程，當系統啟動時，按下啟動按鈕使電池管理系統上電并進行自檢，當自檢通過后驅動繼電保護裝置吸合，這樣松開啟動按鈕后電池管理系統也會正常運行;而當鋰電池組由于放電，電壓越來越低，低到保護閥值時，電池管理系統將斷開繼電保護裝置，從而使整個電池管理系統失電，從鋰電池組上脫開。采用這種設置方式，當鋰電池組為低壓運行狀態的時候，可以與電池管理系統之間斷開，避免鋰電池組被過度放電而處于欠壓的狀態。

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，同時連接到整流逆變模塊上。充放電模塊主要由5個部分組成，即直流接觸器、霍爾傳感器、直流充電機、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的方式，同時連接到鋰電池后接整流逆變模塊的直流端負極。直流充電機的進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，充電端的負極連接到整流逆變模塊的負極[3]。

而采用充放電控制電路應用充電方式兼容的設計方式進行保護，采用逆止二極管方式的設置，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，直流充電機的進線端與整流逆變模塊的直流端進行連接，則發揮了直流接觸器的作用，采用跨接的方式級聯起來，其充電端的正極連接到逆止二極管的陽極，充電端的負極則練級在整流逆變模塊的負極，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，使放電回路運行的時候，總是處于連通的狀態，鋰電池組可以持續放電，保證電池組的安全可靠性（圖2）。

3 結語

通過上面的研究可以發現，由于當前的鋰電池容量比較大，而且設計技術要求比較高，對于充放電控制電路就會有較高的要求。從當前鋰電池組充放控制電路的運行情況來看，在具體的應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，這就需要對充放控制電路采取合適的保護措施，發揮保護模塊的作用，對充放電模塊合理使用，設計保護電路，使得鋰電池組在使用中得到更好的保護，提高兼容性，保證良好的使用效果。

參考文獻

[1] 胡新福，張源峰，林金亮. 一種鋰電池組主動均衡充電保護電路的設計[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設計與仿真[J]. 自動化與儀表，2018，33 （12）：88-93.

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