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BMS锂电保护板基础知识详解2021-05-22 08:10

锂离子电池(可充型)之所以要保护,是由它本身特性决定的。由于锂离子电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电,因此锂离子电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂离子电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成,保护板是由电子电路组成,在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流,即时控制电流回路的通断;PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。

锂电保护板重要技术参数:均衡电流、均衡起控点、过放门限、过放延时、过放释放、过流释放、过温保护、工作电流、静态功耗、短路保护功能等。重要功能:过充保护功能,过放保护功能,短路保护功能,过流保护功能,过温保护功能,均衡保护功能。接口含义:该板的充电口与放电口相互独立。

保护板我们可以简单理解为一个开关,但是这个开关是串联在电池负极上,同口板子是充电放电共用输出负极,而分口板子是充电放电负极分开,电池的正极输入输出从电池包的总正极输出。保护板的均衡排线是为了监测每一串电池的电压,然后主控芯片根据均衡排线的电压,给控制MOS进行开关动作,达到对锂离子电池包最重要的过充、过放保护的功能,同时也起到均衡充电、限流、温度控制等其它功能。

保护板重要功能元器件及输入输出接口描述如下(以4串为例,多串数的也雷同)

当然,上述接口和元器件说明都是重要的,不同厂家的板子可能还会略有不同,比如为了完善监控和管理整个电池包,会新增各种管理和控制接口

保护板,自然防止不了主控管理芯片单元,保护板的灵魂。目前主流的锂电管理芯片,有单颗芯片管理1节、2节、...20节不等,当然价格也从几毛钱到几十块钱不等。

重要的厂家有日系的精工、理光、美上美、台系的富晶、宏康、中系的安德斯诺(ADS)、中星微、比亚迪微电子、美系的O2、凌特、德州仪器。。。数不胜数,做半导体的公司都可以生产这芯片。

除了单节保护芯片之外,很多厂家也针对多串数保护主控芯片,主流的有理光R5432,美上美MM3474、O2的8940、比亚迪BM3451等

在这里,我要说明一下的是,要保护电压自行可调的,就得用前后端的方法,比如凌特+单片机控制...假如是用单串或者345串方法的,出厂时候芯片是写死的,调不了。

什么叫MOS,全中文名字叫金属-氧化物半导体场效应晶体管,应用在保护板上,MOS起到的就是开关用途,怎么说呢,你可以理解为MOS就是一个空开,保护板上的空开,但这个空开不是要用手掰的,是由控制管理IC主控芯片+外围电路来实现其开或者关闭的。

MOS在保护板应用当中,最关键的两个指标,我认为一是耐压,二是导通阻抗R(DSon),前者代表着能承受得住整个电池包的电压和充电器电压,比如72V锂离子电池,我们做保护板时候就不能用75N75之类耐压75V的MOS,而必须用43104110耐压高的;关于保护板来讲,MOS只会存在常开、常闭的现象,因此不存在开关损耗,只有在控制器、电源的应用来讲,基于PWM驱动的才会考虑到开关损耗。

针对上述两点,我们要选用耐压合适、阻抗越低越好的MOS,因为高压的MOS往往阻抗都很大的。

何为均衡?

均衡,凡是做锂电或者使用锂电或者锂电DIY爱好者离不开均衡这个词儿,但是有的人还没深刻理解均衡这个词...注意:均衡的目的是让每一串电芯都充到饱,而造成锂电要均衡的是一致性问题,比如内阻不一、自放电不一,而不是能够弥补电芯单体落后造成的容量差异!一锅粥里有一颗老鼠屎,整组电池也基本是报废的。

均衡来讲,分主动和被动两种方式

被动均衡:通过对电压高的串数进行放电,反复循环充电,久而久之电池每一串电压都能达到预期的电压(即基本都充满电),被动均衡属于耗散型均衡,是将电通过热量方式散掉,因此会存在一个均衡时候保护板发热的问题,这个问题也导致为何保护板均衡电流做不大的根本原因。

主动均衡:利用外围电路,将电压高的串数的电量转移到电压低的上面,久而久之大家电压都相同了,主动均衡又称无损均衡,因为电量都是内部之间转移,发热度也仅仅就是转换效率的问题。目前电动汽车使用的,绝大部分都是被动均衡方式,为啥?成本低、可靠性高。

很多人都喜欢用均衡电流比较大的保护板,其实在保护板设计来说,被动均衡方法,不外乎就是一个电阻阻值的选择问题,但是,你想想,保护板大部分都裹在电池包里头,热如何散掉?举个例子,100ma均衡电流保护板,根据欧姆定理,每个均衡电阻发热量是I*I*R=0.1*0.1*35=0.35W,24串保护板最坏情况下是24个均衡灯(或23个)同时开启,总功率是8W,你先试着把一个8W的灯泡放你电池里看看情况吧。。。所以这里还要在说明一点,保护板和电池之间最好有一定的缝隙隔离,防止热量直接传递给电池引起各种问题。

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