鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2021年05月20日
鋰電瓶,鋰電保護板基礎知識介紹
因鋰離子電池對電壓比較敏感,高一點或者低一點都會影響到電池壽命甚至損壞電池,因此鋰離子電池必須上保護板,保護板重要起到對鋰離子電池包進行充放電保護用途,重要功能如下:
1、過充保護,防止鋰離子電池電芯過充導致電池損壞;
2、過放保護,防止鋰離子電池電芯過放導致電池損壞;
3、限流及短路保護,防止鋰離子電池組超過額定電流使用或者短路引起電池及保護板自身損壞;
4、均衡功能,能夠讓每個電芯都能夠充滿電;
5、溫控保護,讓鋰離子電池在正常溫度范圍內工作,否則停止輸入輸出。
保護板我們可以簡單理解為一個開關,但是這個開關是串聯在電池負極上,同口板子是充電放電共用輸出負極,而分口板子是充電放電負極分開,電池的正極輸入輸出從電池包的總正極輸出。
保護板的均衡排線是為了監測每一串電池的電壓,然后主控芯片根據均衡排線的電壓,給控制MOS進行開關動作,達到對鋰離子電池包最重要的過充、過放保護的功能,同時也起到均衡充電、限流、溫度控制等其它功能。
保護板重要功能元器件及輸入輸出接口描述如下(以4串為例,多串數的也雷同)
當然,上述接口和元器件說明都是重要的,不同廠家的板子可能還會略有不同,比如為了完善監控和管理整個電池包,會新增各種管理和控制接口
主流主控芯片廠家及概述
到保護板,自然防止不了主控管理芯片單元,保護板的靈魂。目前主流的鋰電管理芯片,有單顆芯片管理1節、2節、...20節不等,當然價格也從幾毛錢到幾十塊錢不等。。
重要的廠家有日系的精工、理光、美上美、臺系的富晶、宏康、中系的中星微、比亞迪微電子、美系的O2、凌特、德州儀器。。數不勝數,應該來說做半導體的公司都可以生產這芯片的,呵呵
其中面對低串數市場,以日本精工口碑為首,一個最早是做手表的公司,一搜淘寶,各個賣保護板的都直接在寶貝里標注精工IC,畢竟其最先做,精度也是大家公認的,精工的芯片,市場上最多都是單節保護的,比如8261、8209系列。。保護板生產廠商可以通過級聯方式支持1-N串的保護板
此外,我認為臺系的宏康在磷酸鐵鋰單串這塊做的也不錯
江浙和廣東的保護板廠商都喜歡用單串芯片做
除了單節保護芯片之外,很多廠家也針對多串數保護主控芯片,主流的有理光R5432,美上美MM3474、O2的8940、比亞迪BM3451等
北方廠商和東南廠商都是采用理光或者MM的芯片做
在高串數方面,凌特應該是電動汽車領域使用比較多的,此外,德州儀器、O2、英飛凌也有相關的解決方法,論壇里也有基于凌特做的BMS….
在這里,我要說明一下的是,要保護電壓自行可調的,就得用前后端的方法,比如凌特+單片機控制...假如是用單串或者345串方法的,出廠時候芯片是寫死的,調不了...
MOS是什么?
什么叫MOS,全中文名字叫金屬-氧化物半導體場效應晶體管,應用在保護板上,MOS起到的就是開關用途,怎么說呢,你可以理解為MOS就是一個空開,保護板上的空開,但這個空開不是要用手掰的,是由控制管理IC主控芯片+外圍電路來實現其開或者關閉的。
MOS在保護板應用當中,最關鍵的兩個指標,我認為一是耐壓,二是導通阻抗R(DSon),前者代表著能承受得住整個電池包的電壓和充電器電壓,比如72V鋰離子電池,我們做保護板時候就不能用75N75之類耐壓75V的MOS,而必須用43104110耐壓高的;關于保護板來講,MOS只會存在常開、常閉的現象,因此不存在開關損耗,只有在控制器、電源的應用來講,基于PWM驅動的才會考慮到開關損耗。。
針對上述兩點,我們要選用耐壓合適、阻抗越低越好的MOS,因為高壓的MOS往往阻抗都很大的,比如都是72V保護板,用4110肯定比4310好,用4310肯定比4115好
何為均衡?
均衡,凡是做鋰電或者使用鋰電或者鋰電DIY愛好者離不開均衡這個詞兒,但是有的人還沒深刻理解均衡這個詞...注意:均衡的目的是讓每一串電芯都充到飽,而造成鋰電要均衡的是一致性問題,比如內阻不一、自放電不一,而不是能夠彌補電芯單體落后造成的容量差異!一鍋粥里有一顆老鼠屎,整組電池也基本是報廢的~~
均衡來講,分主動和被動兩種方式
被動均衡:通過對電壓高的串數進行放電,反復循環充電,久而久之電池每一串電壓都能達到預期的電壓(即基本都充滿電),被動均衡屬于耗散型均衡,是將電通過熱量方式散掉,因此會存在一個均衡時候保護板發熱的問題,這個問題也導致為何保護板均衡電流做不大的根本原因
主動均衡:利用外圍電路,將電壓高的串數的電量轉移到電壓低的上面,久而久之大家電壓都相同了,主動均衡又稱無損均衡,因為電量都是內部之間轉移,發熱度也僅僅就是轉換效率的問題
目前電動汽車使用的,絕大部分都是被動均衡方式,為啥?成本低、可靠性高
很多人都喜歡用均衡電流比較大的保護板,其實在保護板設計來說,被動均衡方法,不外乎就是一個電阻阻值的選擇問題,但是,你想想,保護板大部分都裹在電池包里頭,熱如何散掉?舉個例子,100ma均衡電流保護板,根據歐姆定理,每個均衡電阻發熱量是I*I*R=0.1*0.1*35=0.35W,24串保護板最壞情況下是24個均衡燈(或23個)同時開啟,總功率是8W,你先試著把一個8W的燈泡放你電池里看看情況吧。。所以這里還要在說明一點,保護板和電池之間最好有一定的縫隙隔離,防止熱量直接傳遞給電池引起各種問題....
怎么樣才算一款好的保護板?
一款好的保護板,自然離不開質量可靠的元器件,合適的PCB布線和外圍電路設計,反正大家說好才是真的好,然而,對保護板廠商來說,外圍電路的設計離不開相關經驗和實驗測試,不說別的,就光放電MOS關閉如何實現平滑關斷,才能保證短路不爆管,我想這方面各家有各家的考慮,下面幾種驅動電路,哪種最適合保護板呢?是不是還有改進的地方????...
是分口同口?怎么選擇?
如上圖,C-是能夠充電的負極,當然也能夠放電,假如充放電負極都從這走,那么就是同口,P-也能放電,但P-充電就沒過充保護了
假如你普通的只用一組鋰電,那么我建議你還是分口方式,為啥?
1、價格便宜一點,因為保護板廠家充電MOS會少堆幾個,MOS成本可是保護板元器件的大頭哦...
2、更重要的是從分口P-處放電,導通損耗發熱量只有放電MOS而沒有充電MOS,發熱量減少一半,,,,
3、外圍電路可靠性,凡是同口的肯定沒分口的穩定(同一個工程師設計)
只有在如下幾種情況下我是建議用同口:
1、2根線都搞不清的小白,或者想少一根線一個插頭的,有強迫癥的,或者你做的鋰離子電池組是賣給300W500W買菜車的普通老百姓
2存在互充電但又要并聯使用的。。
3、邊沖邊放的,比如太陽能、汽車摩托車啟動(當然也可以改電路用分口模式,就是麻煩點)
保護板安裝注意事項
不管是哪個廠家的保護板,所要接的線不外乎B-(接電池)、P-(放電負極)、C-(充電負極)還有一大堆排線,上述標示或略有差別,比如有的廠家充電負極是CH-,放電是D-等等,其實這些都是電池、充電的英文前一前二個字母,想想大家也都是中高等教育,自己百度下電池、充電的英文單詞吧...
言歸正傳,保護板接線,順序應該是:
1、清楚幾個B-P-C-,和排線的順序,特別是弄懂第一根是接哪里。。
2、預先焊接好B-P-C-的線,不要等要連接時候再焊接,位置不好焊的
3、在串聯并聯時刻排線按照預期接好
4、在100%確認排線如預期(萬用表量下確認電壓、順序是否OK)
5、排線插入保護板,量P+(電池正極)和B-P+和P-P+和C-的電壓看是否一致,正常情況下應該相同
6、打膠加固排插防止松動,固定好保護板(保護板與電池直接最好不要直接貼電池上,否則均衡發熱傳遞)










