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锂电保护板基础知识简介
发布时间:2017-06-14 点击次数:938
 

因锂电池对电压比较敏感,高一点或者低一点都会影响到电池寿命甚至损坏电池,因此锂电池必须上保护板,保护板主要起到对锂电池包进行充放电保护作用,主要功能如下:

1、过充保护,防止锂电池电芯过充导致电池损坏;

2、过放保护,防止锂电池电芯过放导致电池损坏;

3、限流及短路保护,防止锂电池组超过额定电流使用或者短路引起电池及保护板自身损坏;

4、均衡功能,能够让每个电芯都能够充满电;

5、温控保护,让锂电池在正常温度范围内工作,否则停止输入输出。

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,达到对锂电池包最主要的过充、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。

保护板主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主要的,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,会增加各种管理和控制接口

主流主控芯片厂家及概述

到保护板,自然避免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。。。

主要的厂家有日系的精工、理光、美上美、台系的富晶、宏康、中系的中星微、比亚迪微电子、美系的O2、凌特、德州仪器。。。数不胜数,应该来说做半导体的公司都可以生产这芯片的,呵呵

其中面对低串数市场,以日本精工口碑为首,一个最早是做手表的公司,一搜淘宝,各个卖保护板的都直接在宝贝里标注精工IC,毕竟其最先做,精度也是大家公认的,精工的芯片,市场上最多都是单节保护的,比如8261、8209系列。。。保护板生产厂商可以通过级联方式支持1-N串的保护板

   此外,我认为台系的宏康在磷酸铁锂单串这块做的也不错,主要是HY2112系列和双节的HY2122系列。

   江浙和广东的保护板厂商都喜欢用单串芯片做

 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

北方厂商和东南厂商都是采用理光或者MM的芯片做

在高串数方面,凌特应该是电动汽车领域使用比较多的,此外,德州仪器、O2、英飞凌也有相关的解决方案,论坛里也有基于凌特做的BMS….

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

MOS是什么?

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起到的就是开关作用,怎么说呢,你可以理解为MOS就是一个空开,保护板上的空开,但这个空开不是需要用手掰的,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。

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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4310 4110耐压高的;对于保护板来讲,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,比如都是72V保护板,用4110肯定比4310好,用4310肯定比4115好

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,而造成锂电需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,这个问题也导致为什么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一样了,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,被动均衡方案,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....

怎样才算一款好的保护板?

一款好的保护板,自然离不开质量可靠的元器件,合适的PCB布线和外围电路设计,反正大家说好才是真的好,然而,对保护板厂商来说,外围电路的设计离不开经验和实验测试,不说别的,就光放电MOS关闭如何实现平滑关断,才能保证短路不爆管,我想这方面各家有各家的考虑,下面几种驱动电路,哪种最适合保护板呢? 是不是还有改进的地方????...

是分口同口? 怎么选择?

如上图,C-是能够充电的负极,当然也能够放电,如果充放电负极都从这走,那么就是同口,P-也能放电,但P-充电就没过充保护了

如果你普通的只用一组锂电,那么我建议你还是分口方式,为啥?

1、价格便宜一点,因为保护板厂家充电MOS会少堆几个,MOS成本可是保护板元器件的大头哦...

2、更重要的是从分口P-处放电,导通损耗发热量只有放电MOS而没有充电MOS,发热量减少一半,,,,

3、外围电路可靠性,凡是同口的肯定没分口的稳定(同一个工程师设计)

只有在如下几种情况下我是建议用同口:

1、2根线都搞不清的小白,或者想少一根线一个插头的,有强迫症的,或者你做的锂电池组是卖给300W 500W买菜车的普通老百姓

2  存在互充电但又要并联使用的。。。

3、边冲边放的,比如太阳能、汽车摩托车启动(当然也可以改电路用分口模式,就是麻烦点)

保护板安装注意事项

不管是哪个厂家的保护板,所需要接的线不外乎B-(接电池)、P-(放电负极)、C-(充电负极)还有一大堆排线,上述标示或略有区别,比如有的厂家充电负极是CH-,放电是D-等等,其实这些都是电池、充电的英文前一前二个字母,想想大家也都是中高等教育,自己百度下电池、充电的英文单词吧...

言归正传,保护板接线,顺序应该是:

1、清楚几个B- P- C-,和排线的顺序,特别是弄懂第一根是接哪里。。。

2、预先焊接好B- P- C-的线,不要等要连接时候再焊接,位置不好焊的

3、在串联并联时刻排线按照预期接好

4、在100%确认排线如预期(万用表量下确认电压、顺序是否OK)

5、排线插入保护板,量P+(电池正极)和B- P+和P- P+和C-的电压看是否一致,正常情况下应该一样

6、打胶加固排插避免松动,固定好保护板(保护板与电池直接最好不要直接贴电池上,否则均衡发热传递)

手残党看下:

1、万用表拿时候手抖的

2、喜欢用万用表在保护板上捣来捣去的

3、喜欢排线拔来拔去比划的

4、量电压时候和旁人吹牛的

上述情况都会导致各种问题发生

 
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