锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同, 常用的保护IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等,其中精工的8261 系列精度更好,当然价钱也更贵后面几种都是台湾出的,国内次级 市场基本都用DW01+和CS213 了,下面以DW01+配MOS管8205A(8pin) 进行讲解:锂电池保护板其正常工作过程为:当电芯电压在2.5V至4.3V之间时,DW01的第1脚、第3脚均输出 高电平(等于供电电压),第二脚电压为0V此时DW01的第1脚、 第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚,8205A内的两个电子开 关因其G极接到来自DW01的电压,故均处于导通状态,即两个电子 开关均处于开状态此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连 通,保护板有电压输出2. 保护板过放电保护控制原理:当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时 DW01内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约 2.3V时DW01将认为电芯电压已处于过放电电压状态,便立即断开第 1脚的输出电压,使第1脚电压变为0V,8205A内的开关管因第5脚 无电压而关闭此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。
即 电芯的放电回路被切断,电芯将停止放电保护板处于过放电状态并 一直保持等到保护板的P与P-间接上充电电压后,DW01经B-检 测到充电电压后便立即停止过放电状态,重新在第1脚输出高电压, 使8205A内的过放电控制管导通,即电芯的B-与保护板的P-又重新 接上,电芯经充电器直接充电3. 保护板过充电保护控制原理:当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将 越来越高,当电芯电压升高到4.4V时,DW01将认为电芯电压已处于 过充电电压状态,便立即断开第3脚的输出电压,使第3脚电压变为 0V,8205A内的开关管因第4脚无电压而关闭此时电芯的B-与保护 板的P-之间处于断开状态即电芯的充电回路被切断,电芯将停止 充电保护板处于过充电状态并一直保持等到保护板的P与P-间 接上放电负载后,因此时虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二 极管正方向与放电回路的方向相同,故放电回路可以进行放电,当电 芯的电压被放到低于4.3V时,DW01停止过充电保护状态重新在第3 脚输出高电压,使8205A内的过充电控制管导通,即电芯的B-与保 护板P-又重新接上,电芯又能进行正常的充放电.4. 保护板短路保护控制原理:如图所示,在保护板对外放电的过程中,8205A内的两个电子开关并 不完全等效于两个机械开关,而是等效于两个电阻很小的电阻,并称 为8205A的导通内阻,每个开关的导通内阻约为30m\U 03a9共约为 60m\U 03a9,加在G极上的电压实际上是直接控制每个开关管的导通 电阻的大小当G极电压大于1V时,开关管的导通内阻很小(几十毫 欧),相当于开关闭合,当仔极电压小于0.7V以下时,开关管的导通 内阻很大(几MQ),相当于开关断开。
电压UA就是8205A的导通内 阻与放电电流产生的电压,负载电流增大则UA必然增大,因UA0.006L XIUA又称为8205A的管压降,UA可以简接表明放电电流的大小上 升到0.2V时便认为负载电流到达了极限值,于是停止第1脚的输出 电压,使第1脚电压变为0V、8205A内的放电控制管关闭,切断电芯 的放电回路,将关断放电控制管换言之DW01允许输出的最大电流 是3.3A,实现了过电流保护5. 短路保护控制过程:短路保护是过电流保护的一种极限形式,其控制过程及原理与过电流 保护一样,短路只是在相当于在P P-间加上一个阻值小的电阻(约为 0使保护板的负载电流瞬时达到10A以上,保护板立即进行过电流 保护保护板由于近几年的动力锂电池的飞速发展,无论是生产工艺还是材料技术 改进上,或价格的优势,都有相当大的突破,因此它也为多并多串打 下坚实的基础替代铅酸电池的时代越来越近无论电动自行车还是 后备电源,它的市场占有率自然也开始疯狂扩大,这是不可否认的事 实那么,为了电池的安全与寿命,锂电池的有效保护自然也少不了, 此时保护板在电池包内也是一个非常核心的部件之一理论上来讲,动力多串电池保护板已经没有太多的电子技术含量了, 比如电路与软件处理,有太多的选择。
其主要是把保护部分如何做到 稳定,可靠,更安全,更实用,当然价格也是其中之一想要真正的 想把它做好,那是一件非常复杂细心而又漫长的轮回工作如果要按 经验与技术值的占比比值的话,技术只占20%经验要占到80% 做好动力电池保护板没有个三五年的经验,还是有困难的当然做好 与能做是两回事为什么会有这样的结论呢?这是有依据的说实话, 保护板的方案电路并不复杂,只要在电池电子行业工作了一两年,设 计个电路与抄袭人家一个电路不是什么难事比如:多串动力电池他 主要是高电压,大电流,高内阻工作(微电流),电池包工作环境的考 量等等,这都牵扯到多年的电子专业综合经验大到要对整个PACK 的了解,小到一个电阻,电容或品体管的选型,或是布板时的注意细 节总的一句话,保护板主要是稳定,可靠,安全的保护电池组,保 证电池组的正常安全使用或使用得更久,其它添加的特有技术与功 能,都是浮云下面我们来讨论一下动力电池保护板,顾名思义,它是用来保护电池不让损坏与延长电池 的使用寿命而且它只在电池出现极端问题的情况下作出最稳定最有 效的保护防止出现意外平时不应该动作,当然,监视工作是必须要 的,就像我们的家用电器中的保险丝或保险开关一样。
这是本文讨论 分析的宗旨注意事项1. 电压保护:过充,过放,这要根据电池的材料不同而有所改变,这 点看似简单,但要细节上来看,还是有经验学问的过充保护,在我们以往的单节电池保护电压都会高出电池充饱电压 50~150mV但是动力电池不一样,如果你要想延长电池寿命,你的保 护电压就选择电池的充饱电压,甚至还要比此电压还低些比如锰锂 电池,可以选择4.18V~4.2V因为它是多串数的,整个电池组的寿 命容量主要是以容量最低的那颗电池以准,小容量的总是在大电流高 电压工作,所以衰减加快而大容量每次都是轻充轻放,自然衰减要 慢得多了为了让小容量的电池也是轻充轻放,所以过充保护电压点 不要选择太高这个保护延时可以做到1S,防止脉冲的影响从而保护 过放保护,也是与电池的材料有关,如锰锂电池一般选择在 2.8V~3.0V尽量要比它单颗电池过放的电压稍高点因为,在国内 生产的电池,电池电压低于3.3V后,各颗电池的放电特性完全不一, 因此是提前保护电池,这样对电池的寿命是一个很好的保护总的一点就是尽量让每一颗电池都工作在轻充轻放下工作,一定是对 电池的寿命是一个帮助过放保护延滞时间,它要根据负载的不同而有所改变,比如电动工具 类的,他的启动电流一般都在10C以上,因此会在短时间内把电池的 电压拉到过放电压点从而保护。
此时无法让电池工作这是值得注意 的地方2. 电流保护:它主要体现在工作电流与过电流使开关MOS断开从而保 护电池组或负载MOS管的损坏主要是温度急剧升高,它的发热也是电流的大小及本 身的内阻来决定的,当然小电流,对MOS没什么影响,但是大电流呢, 这个就要好好做些处理了,在通过额定电流时,小电流10A以下, 我们可以直接用电压来驱动MOS管大电流,一定是要加驱动,给MOS足够大的驱动电流以下在MOS管驱动有讲到工作电流,在设计的时候,MOS管上不能存在超过0.3W的功率计 算工式:I2*R/NR为MOS的内阻,N为MOS的数量如果功率超过,MOS会产生25度以上的温升,又因它们都是密封的,就算有散热片, 长时间工作时,温度还是会上去,因为他没地方可散热当然仰,管 是没任何问题,问题是他产生热量会影响到电池,毕竟保护板是与电 池放在一起的过流保护(最大电流),此项是保护板必不可少的,非常关键的一个保 护参数保护电流的大小与MOS的功率息息相关,因此在设计时,要 尽量给出MOS能力的余量在布板的时候,电流检测点一定要选好位 置,不能只接通就行,这需要经验值一般建议接在检测电阻的中间 端还要注意电流检测端的干扰问题,因为它的信号很容易受到干扰。
过流保护延时,它也是要根不同的产品做相应的调整在此不多说了3. 短路保护:严格来讲,他是一个电压比较型的保护,也就是讲是用 电压的比较直接关断或驱动的,不要经过多余的处理短路延时的设置也很关键,因为在我们的产品中,输入滤波电容都是 很大的,在接触时第一时间给电容充电,此时就相当于电池短路来给 电容充电4. 温度保护:一般在智能电池上都会用到,也是不可少的但往往它 的完美总会带来另一方面的不足我们主要是检测电池的温度来断开 总开关来保护电池本身或负载如果是在一个恒定的环境条件下,当 然不会有什么问题由于电池的工作环境是我们不可控的,太多太复 杂的变化,因此不好选择如在北方的冬天,我们定在多少合适?又 如夏天的南方地区,又定多少合适?显然范围太宽不可控的因素太多, 仁者见仁,智者见智的去选择了5. MOS保护:主要是MOS的电压,电流与温度当然就是牵扯到MOS 管的选型了MOS的耐压当然要超过电池组的电压,这是必须的电 流讲的是在通过额定电流时MOS管体上的温升了一般不超过25度的 温升,个人经验值,只供参考MOS的驱动,也许会有的人会讲,我有用低内阻大电流的MOS管,但 为何还有蛮高的温度?这是MOS管的驱动部分没有做好,驱动MOS要 有足够大的电流,具体多大的驱动电流,要根据功率MOS管的输入电 容来定。
因此,一般的过流与短路驱动都不能用芯片直接驱动,一定 要外加在大电流(超过50A)工作时,一定要做到多级多路驱动,才 能保证MOS的同一时间同一电流正常打开与关闭因为MOS管有一个 输入电容,MOS管功率,电流越大,输入电容也就越大,如果没有足 够的电流,不会在短时间做出完整的控制尤其是电流超过50A时, 电流设计上更要细化,一定要做到多级多路驱动控制这样才能保证 MOS的正常过流与短路保护MOS电流平衡,主要讲的是多颗MOS并起来用时,要让每一颗MOS管 通过的电流,打开与关闭时间都是一致的这就要在画板方面入手了, 它们的输入输出一定要对称,一定要保证每一个管子通过的电流是一 致这才是目的6. 自耗电量,这个参数是越小越好,最理想的状态是为零,但不可能 做到这一点就是因为人人都想把这个参数做小,有很多人的要求更 低,甚至离谱,我们想想,保护板上有芯片,它们是要工作的,可以 做到很低,但是可靠性呢?应该是在性能可靠完全OK的情况下再来考 量自耗电的问题有些朋友也许进入了误区,自耗电分为整体的自耗 电和每一串的自耗电整体自耗电,如果在100~500uA都是没什么问题的,因为动力电池的 容量本身就很大。
当然电动工具的另外分析如5AH的电池,放电 500uA,要放多久,因此对整个电池组来讲是很微弱的每串自耗电才最关键的,这个也不可能为零,当然也是在性能完全可 行情况下进行,但有一点,每一串的自耗电量一定要一致,一般每一 串的差别不能超过5uA这点大家应该知道,如果每一串的自耗电不 一时,那么在长时间搁置下,电池的容量一定会产生变化的7. 均衡:均衡这一块是此文章的论述的重点目前最通用的均衡方式 分为两种,一种就是耗能式的,另一种就是转能式的A耗能式均衡,主要是把多串电池中某节电池的电量或电压高的用电 阻把多余的电能损耗掉它也分如下三种一,充电时时均衡,它主要是在充电时任何一颗电池的电压高出所有 电池平均电压时,它就启动均衡,无论电池的电压在什么范围,它主 要是应用在智能软件方案上当然如何定义可以由软件任意调整此 方案的优点它能有更多的时间去做电池的电压均。