鋰電池PACK組成有哪些材料？它有什么特點(diǎn)呢？
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2019-04-01 19:37
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鋰離子電池串聯(lián)和并聯(lián)使用情況很多，鋰電池通過(guò)加裝保護(hù)電路、外殼、輸出而形成的應(yīng)用電池稱為PACK。
鋰電池的應(yīng)用廣泛，從民用的數(shù)碼、通信產(chǎn)品到工業(yè)設(shè)備到軍用電源等都在批量使用，不同產(chǎn)品需要不同的電壓和容量，因此鋰離子電池串聯(lián)和并聯(lián)使用情況很多，鋰電池通過(guò)加裝保護(hù)電路、外殼、輸出而形成的應(yīng)用電池稱為PACK。
PACK可以是單只電池，如手機(jī)電池、數(shù)碼相機(jī)電池、MP3、MP4電池等，也可以是串并聯(lián)組合電池，如筆記本電腦電池，醫(yī)療設(shè)備電池，通信電源，電動(dòng)車電池，備用電源等。
1、PACK組成：
PACK包括電池組、保護(hù)板、外包裝或外殼、輸出（包括連接器），鑰匙開關(guān)，電量指示，及EVA、青稞紙、塑膠支架等輔助材料這幾項(xiàng)共同組成PACK。PACK的外特性由應(yīng)用決定。PACK的種類很多。
2、各材料用途：見下表
3、PACK的特點(diǎn)
★ 有完整的功能，可直接應(yīng)用。
★ 種類的多樣性。同一應(yīng)用需求有多種PACK能實(shí)現(xiàn)。
★ 電池組PACK要求電池具有高度的一致性（容量，內(nèi)阻，電壓，放電曲線，壽命）。
★ 電池組PACK的循環(huán)壽命低于單只電池的循環(huán)壽命。
★ 在限定的條件下使用（包括充電、放電電流，充電方式，溫度、濕度條件，振動(dòng)情況，受力程度等）
★鋰電池組PACK保護(hù)板要求有充電均衡功能。
★高電壓、大電流電池組PACK（如電動(dòng)車電池、儲(chǔ)能系統(tǒng)）要求配備電池管理系統(tǒng)（BMS）、CAN、RS485等通迅總線。
★電池組PACK對(duì)充電器的要求較高，有些要求和BMS實(shí)現(xiàn)通迅，目的是使每只電池正常工作、完全發(fā)揮出電池儲(chǔ)存的能量，并保證使用安全、可靠。
4、PACK的設(shè)計(jì)
★ 充分了解使用要求，如應(yīng)用環(huán)境（溫度、濕度、振動(dòng)、鹽霧等）、使用時(shí)間、充電、放電方式和電參數(shù)，輸出方式，壽命要求等。
★ 按使用要求選擇合格的電池和保護(hù)電路板。
★ 滿足尺寸、重量的要求。
★ 包裝可靠，滿足要求。
★ 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)潔化。
★ 方案最優(yōu)化。
★ 成本最低化。
★ 檢測(cè)易實(shí)現(xiàn)。
5、使用注意事項(xiàng)！??！
★ 不可投入火中或接近熱源使用?。?！
★ 不可用金屬將輸出正負(fù)極直接連在一起。
★ 不可超出電池溫度范圍使用。
★ 不可用力擠壓電池。
★ 用專用充電器或按正確的方法充電。
★ 電池?cái)R置時(shí)請(qǐng)每三個(gè)月補(bǔ)充電一次。并按儲(chǔ)存溫度放置。
1、電池組
★ 組成：電池由單體電池通過(guò)并串聯(lián)而成。并聯(lián)增加容量，電壓不變，串聯(lián)后電壓倍增，容量不變，如3.6V/10Ah電池由單只N18650/2Ah通過(guò)5并組成，36V/2Ah電池可由單只N18650/2Ah通過(guò)10串組成，36V/10Ah電池由單只N18650/2Ah通過(guò)5并10串組成。
★ 組合要求：并聯(lián)及串聯(lián)的電池要求種類一致、型號(hào)一致，容量、內(nèi)阻、電壓值差異不大于2%。本質(zhì)是電池充電放電曲線的一致（動(dòng)態(tài)一致性）。但很難做到，一般情況下，電池通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)組合后，容量損失2%~5%，電池?cái)?shù)量越多，容量損失越多。
★ 組合的實(shí)現(xiàn)：電池的組合通過(guò)二種方式實(shí)現(xiàn)，一是通過(guò)鎳帶點(diǎn)焊或激光焊接或超聲波焊接，這是常用手段，優(yōu)點(diǎn)是可靠性較好，但不易更換。二是通過(guò)彈性金屬片接觸，優(yōu)點(diǎn)是不需要焊接，電池更換相對(duì)容易，缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致接觸不良。
★ 要求：電池組要符合用戶使用時(shí)的工作時(shí)間要求、環(huán)境要求、振動(dòng)要求、充電要求，壽命要求等。電池組不可單獨(dú)使用（過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)電流均會(huì)損傷電池。），需要配備專用保護(hù)板方可使用。
2、保護(hù)板
★ 組成：保護(hù)板由保護(hù)IC，MOSFET，晶體管，電阻及電容和PCB及散熱器件等組成。
★ 作用：保護(hù)電池工作于正常狀態(tài)下。防止電池因過(guò)充電、過(guò)放電、短路等引起的電池失效及發(fā)生冒煙、起火、爆炸而產(chǎn)生的危險(xiǎn)。
★ 具體功能：
A、過(guò)充電保護(hù)，不同體系的電池的過(guò)充電保護(hù)電壓不同，一般情況下，磷酸鐵鋰的過(guò)充電保護(hù)3.65V~3.85V，鈷酸鋰、錳酸鋰，三元材料鋰電池過(guò)充電保護(hù)電壓為4.2V~4.35V。
B、過(guò)放電保護(hù)，磷酸鐵鋰的過(guò)放電保護(hù)電壓2~2.5V，其它三種鋰電池為2.3V~2.9V。
C、短路保護(hù)。由IC和MOSFET的參數(shù)決定。不同IC和MOSFET的短路保護(hù)值不同。
D、過(guò)充電保護(hù)恢復(fù)電壓。IC都有此功能，一般恢復(fù)電壓低于保護(hù)電壓0.1~0.2V。
E、過(guò)放電保護(hù)恢復(fù)電壓。有些IC無(wú)此功能。過(guò)放電后需要通過(guò)充電來(lái)恢復(fù)。
F、短路保護(hù)延遲時(shí)間。一般十幾毫秒。
G、均衡功能。有些應(yīng)用需要均衡功能。因電池放電電流較大，均衡不易實(shí)現(xiàn)，目前多為充電均衡，均衡的目的是保證每只電池都能充滿電，延長(zhǎng)使用壽命，最大限度的發(fā)揮電池的作用。
★ 保護(hù)板的使用：
A 保護(hù)板靠近電池連接，鋰電池不可脫離保護(hù)板單獨(dú)使用。
B 注意保護(hù)板與電池間做有效的隔離，起絕緣和隔熱作用。
C 多節(jié)保護(hù)板與電池安裝連接時(shí)，按照先低電平后高電平的順序連接。即先連接B-，然后B1、B2......B9，最后B+。見下圖。拆下保護(hù)板時(shí)，與安裝順序相反。
★ 保護(hù)板的設(shè)計(jì)
作為一名合格的研發(fā)工程師，設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。即具有最高的性價(jià)比。保護(hù)板的設(shè)計(jì)要考慮如下幾點(diǎn)：
A 設(shè)計(jì)要保證可靠性、工作穩(wěn)定性。過(guò)流參數(shù)保留有至少30%的技術(shù)余量。
B 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要便于測(cè)試。
C 設(shè)計(jì)要便于生產(chǎn)和調(diào)試。工藝上要簡(jiǎn)化。
D 產(chǎn)品要便于安裝。
E 設(shè)計(jì)要滿足尺寸的要求。
F 設(shè)計(jì)要方便采購(gòu)器件。使用器件不能太特殊。
G 設(shè)計(jì)要考慮成本。
H 設(shè)計(jì)要充分考慮散熱及散熱器件的放置。
I 設(shè)計(jì)要考慮環(huán)保要求。
★ 簡(jiǎn)介：
電動(dòng)車電池是提供給電動(dòng)自行車作為動(dòng)力源。電池通過(guò)控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非人力騎行。
電池、控制器、電機(jī)組成電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)，系統(tǒng)中電池提供動(dòng)力，電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器控制并保護(hù)電池和電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電池和電機(jī)間的可控安全工作?？刂破魇呛诵目刂撇考?。
控制器對(duì)電池的控制包括二部分，一是限流，二是欠壓保護(hù)。限流值一定小于保護(hù)板的過(guò)流保護(hù)值，否則造成保護(hù)板提前保護(hù)，形成誤動(dòng)作，影響使用?？刂破鞯那穳罕Ｗo(hù)值要高于保護(hù)板的過(guò)放電保護(hù)，否則造成非正常斷電，縮短騎行距離，形成客訴。
因電機(jī)屬于感性負(fù)載，電動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流大于正常工作電流，一般為工作電流的2倍，控制器承受過(guò)載電流也是2倍額定電流。承受過(guò)載時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)要求3min。要求電池保護(hù)板的最大工作電流大于控制器限制電流的2倍。
★ 應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姵匾螅?/strong>
A、要求電池一致性好。電池自行車電池有三種工作電壓，24V/36V/48V，容量從8Ah~17Ah，不管是軟包裝電池還是圓柱電池，都需要多串組合，如果一致性差，影響電池容量，一組中容量最低的電池決定整組電池的容量。
B、要求大電流放電性能。電動(dòng)車電池從負(fù)載分析，正常行駛條件下放電電流介于0.5C~1C之間，如果有上坡路面，則放電電流更大，有長(zhǎng)時(shí)間放電超過(guò)1C的情況發(fā)生。因此電動(dòng)車電池一定要滿足大電流放電要求。
C、要求電池散熱良好。對(duì)電池來(lái)說(shuō)，放電超過(guò)1C意味著電池有超過(guò)環(huán)境20的溫升，電動(dòng)車電池?cái)?shù)量較多，內(nèi)部的電池溫升不容易散出來(lái)，造成各電池間溫度不均勻，放電曲線不一致，容量不一致，長(zhǎng)久會(huì)導(dǎo)致各電池間壽命不一致，表現(xiàn)為騎行距離縮短且縮短時(shí)間加快。
D、要求電池結(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)工藝水平高。電池要能承受顛簸路面的振動(dòng)沖擊。對(duì)生產(chǎn)工藝尤其是點(diǎn)焊工藝要求高。要求點(diǎn)焊牢固，另外要求減震防護(hù)良好。避免電池在殼體晃動(dòng)。
E、要求電池循環(huán)壽命高。鋰電池相對(duì)于鉛酸電池來(lái)說(shuō)質(zhì)量雖輕，但價(jià)格較高，如果壽命不能高于鉛酸電池，市場(chǎng)認(rèn)可度肯定降低。壽命靠品質(zhì)優(yōu)異來(lái)保證。
★ 質(zhì)量控制
針對(duì)上述電動(dòng)車電池要求，為滿足要求，應(yīng)采取如下措施：
A、采用質(zhì)量過(guò)關(guān)的鋰電池。需要合格穩(wěn)定的供應(yīng)商提供性能良好的單體電池，單體電池經(jīng)過(guò)一系列安全測(cè)試和性能測(cè)試，合格后使用。
B、要求電池內(nèi)阻低且一致性好。低內(nèi)阻保證大電流放電的容量、平臺(tái)，散熱性等。
C、電池結(jié)構(gòu)上采用通風(fēng)設(shè)計(jì)，相鄰二只電池間保留不低于2mm的間距，此結(jié)構(gòu)要求用塑膠支架固定電池。
D、點(diǎn)焊使用開槽鎳片，鎳片尺寸滿足大電流放電要求，鎳片材料保證低內(nèi)阻，點(diǎn)焊機(jī)保證穩(wěn)定工作，焊針保證質(zhì)量，操作者經(jīng)培訓(xùn)考核并合格后上崗操作，點(diǎn)焊后檢測(cè)焊點(diǎn)是否牢固。另每批次產(chǎn)品做振動(dòng)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證抗振性能。
E、不同批次電池做成典型成品并做壽命試驗(yàn)，電池成品做循環(huán)測(cè)試得出實(shí)際的循環(huán)壽命。
F、驗(yàn)證電池的高低溫性能。不同廠家的電芯做成成品并在高低溫下做不同倍率放電測(cè)試，得出實(shí)際放電曲線。
