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BMS鋰電保護(hù)板基礎(chǔ)知識詳解

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:7442次  |  2020年11月02日  

鋰離子電池(可充型)之所以要保護(hù),是由它本身特性決定的。由于鋰離子電池本身的材料決定了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電,因此鋰離子電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。鋰離子電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成,保護(hù)板是由電子電路組成,在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流,即時(shí)控制電流回路的通斷;PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。


鋰電保護(hù)板重要技術(shù)參數(shù):均衡電流、均衡起控點(diǎn)、過放門限、過放延時(shí)、過放釋放、過流釋放、過溫保護(hù)、工作電流、靜態(tài)功耗、短路保護(hù)功能等。重要功能:過充保護(hù)功能,過放保護(hù)功能,短路保護(hù)功能,過流保護(hù)功能,過溫保護(hù)功能,均衡保護(hù)功能。接口含義:該板的充電口與放電口相互獨(dú)立。


保護(hù)板我們可以簡單理解為一個(gè)開關(guān),但是這個(gè)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(dòng)作,達(dá)到對鋰離子電池包最重要的過充、過放保護(hù)的功能,同時(shí)也起到均衡充電、限流、溫度控制等其它功能。


保護(hù)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?dāng)?shù)的也雷同)


當(dāng)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(huì)略有不同,比如為了完善監(jiān)控和管理整個(gè)電池包,會(huì)新增各種管理和控制接口


保護(hù)板,自然防止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。


重要的廠家有日系的精工、理光、美上美、臺系的富晶、宏康、中系的安德斯諾(ADS)、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),做半導(dǎo)體的公司都可以生產(chǎn)這芯片。目前安德斯諾(ADS)重要生產(chǎn)單節(jié)的DW01/AD8261,2-3串的AD28300/AD28400系列,3-4串的AD5680等。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


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


在這里,我要說明一下的是,要保護(hù)電壓自行可調(diào)的,就得用前后端的方法,比如凌特+單片機(jī)控制...假如是用單串或者345串方法的,出廠時(shí)候芯片是寫死的,調(diào)不了。


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)用途,怎么說呢,你可以理解為MOS就是一個(gè)空開,保護(hù)板上的空開,但這個(gè)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(shí)現(xiàn)其開或者關(guān)閉的。


安德斯諾(ADS)在鋰電保護(hù)有全系列產(chǎn)品,目前產(chǎn)品耐壓從:20V-200V,電流從3A-300A,內(nèi)阻最低可以到0.8毫歐。各種封裝可以選擇:SOT23/SOT23-6/SOP8/TO252/TO263/TO220/DFN等。


MOS在保護(hù)板應(yīng)用當(dāng)中,最關(guān)鍵的兩個(gè)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(gè)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(hù)板時(shí)候就不能用75N75之類耐壓75V的MOS,而必須用43104110耐壓高的;關(guān)于保護(hù)板來講,MOS只會(huì)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(dòng)的才會(huì)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。


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(gè)詞兒,但是有的人還沒深刻理解均衡這個(gè)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(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(dòng)和被動(dòng)兩種方式


被動(dòng)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(dòng)均衡屬于耗散型均衡,是將電通過熱量方式散掉,因此會(huì)存在一個(gè)均衡時(shí)候保護(hù)板發(fā)熱的問題,這個(gè)問題也導(dǎo)致為何保護(hù)板均衡電流做不大的根本原因。


主動(dòng)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相同了,主動(dòng)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(dòng)汽車使用的,絕大部分都是被動(dòng)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(dòng)均衡方法,不外乎就是一個(gè)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(gè)例子,100ma均衡電流保護(hù)板,根據(jù)歐姆定理,每個(gè)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(gè)均衡燈(或23個(gè))同時(shí)開啟,總功率是8W,你先試著把一個(gè)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。


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