鋰電瓶，鋰電保護(hù)板基礎(chǔ)知識詳解
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-25 10:25
點(diǎn)擊量：次
因鋰電池對電壓比較敏感，高一點(diǎn)或者低一點(diǎn)都會影響到電池壽命甚至損壞電池，因此鋰電池必須上保護(hù)板，保護(hù)板主要起到對鋰電池包進(jìn)行充放電保護(hù)作用，主要功能如下：
1、過充保護(hù)，防止鋰電池電芯過充導(dǎo)致電池?fù)p壞；
2、過放保護(hù)，防止鋰電池電芯過放導(dǎo)致電池?fù)p壞；
3、限流及短路保護(hù)，防止鋰電池組超過額定電流使用或者短路引起電池及保護(hù)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(hù)，讓鋰電池在正常溫度范圍內(nèi)工作，否則停止輸入輸出。
保護(hù)板我們可以簡單理解為一個開關(guān)，但是這個開關(guān)是串聯(lián)在電池負(fù)極上，同口板子是充電放電共用輸出負(fù)極，而分口板子是充電放電負(fù)極分開，電池的正極輸入輸出從電池包的總正極輸出。
保護(hù)板的均衡排線是為了監(jiān)測每一串電池的電壓，然后主控芯片根據(jù)均衡排線的電壓，給控制MOS進(jìn)行開關(guān)動作，達(dá)到對鋰電池包最主要的過充、過放保護(hù)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(hù)板主要功能元器件及輸入輸出接口描述如下（以4串為例，多串?dāng)?shù)的也雷同）
當(dāng)然，上述接口和元器件說明都是主要的，不同廠家的板子可能還會略有不同，比如為了完善監(jiān)控和管理整個電池包，會增加各種管理和控制接口
主流主控芯片廠家及概述
到保護(hù)板，自然避免不了主控管理芯片單元，保護(hù)板的靈魂。目前主流的鋰電管理芯片，有單顆芯片管理1節(jié)、2節(jié)、...20節(jié)不等，當(dāng)然價(jià)格也從幾毛錢到幾十塊錢不等。。。
主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(shù)不勝數(shù)，應(yīng)該來說做半導(dǎo)體的公司都可以生產(chǎn)這芯片的，呵呵
其中面對低串?dāng)?shù)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(hù)板的都直接在寶貝里標(biāo)注精工IC，畢竟其最先做，精度也是大家公認(rèn)的，精工的芯片，市場上最多都是單節(jié)保護(hù)的，比如8261、8209系列。。。保護(hù)板生產(chǎn)廠商可以通過級聯(lián)方式支持1-N串的保護(hù)板
此外，我認(rèn)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(hù)板廠商都喜歡用單串芯片做
除了單節(jié)保護(hù)芯片之外，很多廠家也針對多串?dāng)?shù)保護(hù)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M(jìn)M的芯片做
在高串?dāng)?shù)方面，凌特應(yīng)該是電動汽車領(lǐng)域使用比較多的，此外，德州儀器、O2、英飛凌也有相關(guān)的解決方案，論壇里也有基于凌特做的BMS….
在這里，我要說明一下的是，需要保護(hù)電壓自行可調(diào)的，就得用前后端的方案，比如凌特+單片機(jī)控制...如果是用單串或者345串方案的，出廠時候芯片是寫死的，調(diào)不了...
MOS是什么？
什么叫MOS，全中文名字叫金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，應(yīng)用在保護(hù)板上，MOS起到的就是開關(guān)作用，怎么說呢，你可以理解為MOS就是一個空開，保護(hù)板上的空開，但這個空開不是需要用手掰的，是由控制管理IC主控芯片+外圍電路來實(shí)現(xiàn)其開或者關(guān)閉的。
MOS在保護(hù)板應(yīng)用當(dāng)中，最關(guān)鍵的兩個指標(biāo)，我認(rèn)為一是耐壓，二是導(dǎo)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鋰電池，我們做保護(hù)板時候就不能用75N75之類耐壓75V的MOS，而必須用4310 4110耐壓高的；對于保護(hù)板來講，MOS只會存在常開、常閉的現(xiàn)象，因此不存在開關(guān)損耗，只有在控制器、電源的應(yīng)用來講，基于PWM驅(qū)動的才會考慮到開關(guān)損耗。。。
針對上述兩點(diǎn)，我們要選用耐壓合適、阻抗越低越好的MOS，因?yàn)楦邏旱腗OS往往阻抗都很大的，比如都是72V保護(hù)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，而造成鋰電需要均衡的是一致性問題，比如內(nèi)阻不一、自放電不一，而不是能夠彌補(bǔ)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(bào)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?dāng)?shù)進(jìn)行放電，反復(fù)循環(huán)充電，久而久之電池每一串電壓都能達(dá)到預(yù)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(hù)板發(fā)熱的問題，這個問題也導(dǎo)致為什么保護(hù)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?dāng)?shù)的電量轉(zhuǎn)移到電壓低的上面，久而久之大家電壓都一樣了，主動均衡又稱無損均衡，因?yàn)殡娏慷际莾?nèi)部之間轉(zhuǎn)移，發(fā)熱度也僅僅就是轉(zhuǎn)換效率的問題
目前電動車使用的，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(hù)板，其實(shí)在保護(hù)板設(shè)計(jì)來說，被動均衡方案，不外乎就是一個電阻阻值的選擇問題，但是，你想想，保護(hù)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(hù)板，根據(jù)歐姆定理，每個均衡電阻發(fā)熱量是I*I*R=0.1*0.1*35=0.35W，24串保護(hù)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(diǎn)，保護(hù)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....
怎樣才算一款好的保護(hù)板？
一款好的保護(hù)板，自然離不開質(zhì)量可靠的元器件，合適的PCB布線和外圍電路設(shè)計(jì)，反正大家說好才是真的好，然而，對保護(hù)板廠商來說，外圍電路的設(shè)計(jì)離不開經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)測試,不說別的，就光放電MOS關(guān)閉如何實(shí)現(xiàn)平滑關(guān)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(qū)動電路，哪種最適合保護(hù)板呢？ 是不是還有改進(jìn)的地方？？？？...
如果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(jià)格便宜一點(diǎn)，因?yàn)楸Ｗo(hù)板廠家充電MOS會少堆幾個，MOS成本可是保護(hù)板元器件的大頭哦...
2、更重要的是從分口P-處放電，導(dǎo)通損耗發(fā)熱量只有放電MOS而沒有充電MOS，發(fā)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(wěn)定（同一個工程師設(shè)計(jì)）
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(qiáng)迫癥的，或者你做的鋰電池組是賣給300W 500W買菜車的普通老百姓
2 存在互充電但又要并聯(lián)使用的。。。
3、邊沖邊放的，比如太陽能、汽車摩托車啟動（當(dāng)然也可以改電路用分口模式，就是麻煩點(diǎn)）
保護(hù)板安裝注意事項(xiàng)
不管是哪個廠家的保護(hù)板，所需要接的線不外乎B-（接電池）、P-（放電負(fù)極）、C-（充電負(fù)極）還有一大堆排線，上述標(biāo)示或略有區(qū)別，比如有的廠家充電負(fù)極是CH-，放電是D-等等，其實(shí)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(hù)板接線，順序應(yīng)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(yù)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(lián)并聯(lián)時刻排線按照預(yù)期接好
4、在100%確認(rèn)排線如預(yù)期（萬用表量下確認(rèn)電壓、順序是否OK）
5、排線插入保護(hù)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(yīng)該一樣
6、打膠加固排插避免松動，固定好保護(hù)板（保護(hù)板與電池直接最好不要直接貼電池上，否則均衡發(fā)熱傳遞）1、過充保護(hù)及過充保護(hù)恢復(fù)
當(dāng)電池被充電使電壓超過設(shè)定值VC(4.25-4.35V，具體過充保護(hù)電壓取決于IC)后，VD1翻轉(zhuǎn)
使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止.當(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V，具體過充保護(hù)恢復(fù)電
壓取決于IC)時，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導(dǎo)通充電繼續(xù)， VCR必須小于VC一個定值，以防止頻繁跳
變。
2、過放保護(hù)及過放保護(hù)恢復(fù)
當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD（2.3-2.5V，具體過充保護(hù)電壓取決于IC）時， VD2翻
轉(zhuǎn)，以短時間延時后，使Dout變?yōu)榈碗娖剑琓2截止，放電停止，當(dāng)電池被置于充電時，內(nèi)部或門
被翻轉(zhuǎn)而使T2再次導(dǎo)通為下次放電作好準(zhǔn)備。
3、過流、短路保護(hù)
當(dāng)電路充放回路電流超過設(shè)定值或被短路時，短路檢測電路動作，使MOS管關(guān)斷，電流截止。
