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1、动力电池保护板工作原理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
2、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。C6104to Lc TP4056-UVCCCLiSTDBYOTEMPPROG2. 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OV, 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
3、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OV, 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。
4、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30mU 03a9共约为60mU 03a
5、9，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G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 UA0.006LXIUA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 OV、82O5A 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 DWO1 允许输出 的最大电流
6、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00 ）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
7、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，
8、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,电容或晶体管的选型，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
9、.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50150mV。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4.18V4.2V。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
10、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2.8V3.0V。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
11、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/N。R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 M
12、OS 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
13、，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. M0S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。MO
14、S 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，
15、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
16、 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100500uA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
