Battery Management system
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應裝置所需的電力外,還需處理異常狀況,避免產生起火燃燒,甚至爆炸的發生,所以幾乎所有二次充電電池都會搭配電池管理系統(BMS)來確保安全。
具體來說,電池管理系統(BMS)是一塊電路板,它與二次充電電池相連接BMS電路板內能監控電池電壓、充電電流、放電電流、溫度及控制連接充電及放電開關,它必須在異常狀況或有危險狀態下,將電池與充電器或與裝置斷開,避免起火燃燒或爆炸得情形產生,所謂的異常狀況是指:
a.
過電流,包括充電電流與放電電流兩種模式
過電流,包括充電電流與放電電流兩種模式
b.
充電時過高電壓
c. 放電時,過度放電時的過低電壓(Under-Voltage)
d.
過高溫度
e.
過低溫度
BMS為確保電池能夠工作於安全工作區域內,所以具有一內部開關(通常是MOSFET 半導體固態開關) , 當電池工作於安全區域外時,此一內部開關會斷路(OPEN)來確保電池安全。
在電池搭配BMS電路板前,必須先單獨測試驗證BMS電路,針對各種異常狀況能夠按照設計來運作,這樣才能確保安全無慮,最後將電池單元與BMS組合為成品後,再做最終成品的測試驗證達到零暇疵的品質要求。
1.
BMS 的短路,過充電流,過放電流保護原理
BMS電路保護原理如下圖,是透過關閉MOSFET(回路電流=0A)來達到保護電池功能。
在BMS內,MOSFET開關是雙向的,在正常狀態下二個開關都是ON的;由於2個MOSEFT開關有Rds ON電阻,電流流過會產生壓降,電池BMS就靠此特性用來偵測充電與放電電流之用,下圖所示MOSFET開關狀態是過放電電流狀態,IC第3腳控制MOSFET為ON,此時放電開關為OFF(由IC第1 腳控制)。
當BMS偵測到短路,過放電流或電池過低電壓時,會將放電開關OFF來保護電池安全。當BMS偵測到過充電流或電池過高電壓時,會將充電開關OFF來保護電池安全。
2.
短路保護(SHORT)測試方法:電源(PS)& LOAD連接如圖2,LOAD測試程序如圖3。
在短路保護測試模式下,電子負載會拉載到該機型的最大電流值(例如3311F為60A)同時啟動計時器來計算實際流過BMS的時間(註:此時間係指超過所設定閥值電流Ith到BMS動作MOSEFT開關OFF,即低於所設定閥值電流Ith之間的時間, 除此之外電子負載會測量實際的最大短路電流值,圖4為4000 mAh 行動電源使用3311F BMS測試的示波器電流波形(左圖)及電子負載上電錶顯示短路最大實際電流與短路保護反應時間(右圖)。
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