BMS鋰電保護(hù)板基礎(chǔ)知識(shí)詳解2021-05-22 08:11
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(jiǎn)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(cè)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(duì)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(tái)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。
除了單節(jié)保護(hù)芯片之外，很多廠家也針對(duì)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(chǎng)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。
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(duì)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(duì)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。
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(jiǎn)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(cè)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(duì)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(tái)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。
除了單節(jié)保護(hù)芯片之外，很多廠家也針對(duì)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(chǎng)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。
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(duì)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(duì)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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