锂电池保护板和BMS知识培训课件

锂电池保护板及BMS知识1-目录前言简单保护板（硬件保护板）软件保护板（通讯保护板，启动电源保护板，Discover保护板等）电池管理系统（BMS）应用案例及相关问题2-前言—为什么锂电池需要保护不同材料电池的电压特性

磷酸铁锂系列（厂标充电截止电压≤3.85Ｖ，放电截止电压≥2.5Ｖ）三元系列（充电截止电压≤4.2Ｖ，放电截止电压≥2.7Ｖ）锰酸锂系列（充电截止电压≤4.2Ｖ，放电截止电压≥2.7Ｖ）术语：过充，即充电电压超出上限电压；

过放，即放电截止电压低于下限电压．2023/9/103-前言—为什么锂电池需要保护锂离子电池过充、过放会有什么后果？过充：电池内会产生大量气体，使内部压力迅速上升，导致电池

过放：缩短电池寿命，直接损坏致电池报废．爆炸4-前言—为什么锂电池需要保护锂电池很好，但它需要保护。为确保使用安全，有很多要求：基本保护要求：过充保护，过放保护加强保护要求：过流保护，高温保护，低温保护，短路保护，反接保护扩展要求：一致性好，压差小，温差小5-前言—为什么锂电池需要保护安全问题解决以后，根据不同的使用环境和使用场合，客户提出了很多附加功能需求：通讯功能—客户需要了解电池组的运行状态信息，RS232/RS485/CAN等SOC(StateOfCharge)计算/SOH预估

告警功能—电池有问题时需要及时告知客户记录功能—最好能记录电池组的历史运行过程数据，包括告警历史数据等故障诊断功能—保护板或管理系统自己出了问题要能诊断显示功能—客户通过显示屏可以直接读取信息、设置参数均衡功能******6-前言—锂电池保护产品分类为满足不同的需求，产生了多种类型的锂电池保护产品保护板硬件保护板（简单保护板）软件保护板（通讯保护板，启动电源保护板，Discover保护板，客户定制保护板等）管理系统7-目录前言硬件式保护板（简单保护板）软件式保护板（通讯保护板，启动电源保护板，Discover保护板等）电池管理系统（BMS）应用案例及相关问题8-硬件式保护板（简单保护板）硬件式保护板：应用专用锂电池保护芯片，当电池电压达到上限值或下限值时，控制开关器件MOS管切断充电回路或放电回路，实现保护电池组的目的。特点：1，只实现过充、过放保护。部分能实现过流保护、反接保护。其它附加功能通通不能满足2，保护阀值不可更改（一般保护点为3.9V和2.0V）3，均衡阀值不可更改（一般均衡电流在150mA以下）分类：

硬件式保护板从电流走向可分为：分口保护板—总共三个接口：充电口，放电口，公共端

共口保护板—总共两个接口：正、负接口9-简单保护板电阻保护IC电容MOS管PCB10-简单保护板放电MOS管4颗充电MOS管1颗一款分口保护板：5A充20A放散热板支撑柱11-简单保护板一款共口保护板：30A充放充电MOS管放电MOS管采样电阻12-分口和共口区别分口保护板共口保护板为什么要区分共口和分口？1，对于客户来说，一般不关心是分口还是共口。他们只需要给他们提供电池正负极。只不过有些客户充电口和放电口共用一个接口，有些客户要求充电口和放电口可以分开接线。2，保护板过流能力是由MOS管的过流能力和数量决定的；MOS管占了保护板大部分成本。一般来说，充电电流较小，放电电流较大。对于这种应用需求，我们设计成分口保护板，以降低成本13-分口和共口选择原则基本原则1，个别了解保护板原理和成本构成的客户会指定用分口或共口，这种情况下客户说了算。2，如果充电电流小，放电电流大。比如充电5A，放电20A。建议选用分口。（充电配置1个MOS管，放电配置4个MOS管）3，如果充电电流和放电电流差不多，或者充电电流比放电电流大。建议选用共口板。（充电MOS管和放电MOS管一样多）14-我司保护板的发展过程最早我们外购保护板早期外购的方式在交期、选型、售后维护等方面有很多问题，后来我司自己开发了一些列保护板。我司早期自己开发的保护板在原理方案，物料来料，单板加工检测等方面也存在问题，因此一直以来产品都不是很稳定。公司原先策略是把我司自己开发的库存保护板用完后不再自己开发生产，全部转为外购。现在很多比较专业的保护板厂家知道我们自己有做保护板，都不愿和我司合作。因此后续可能还需要自己开发。目前新一代的保护板系列型号在陆续开发中。在功能和可靠性方面都有较大提升。最新选型表15-保护板基本工作原理充放电端电电芯放电MOS管保护板原理框图（简化图）IC过放控制过充控制-n节电芯+充电MOS管16-保护板基本工作原理IC初始电量较低，单体电压较低过放控制过充控制+-充电此时正常充电17-保护板基本工作原理IC过放控制过充控制+-充电此时正常充电电量增加，单体电压逐渐上升，但仍未到保护电压18-保护板基本工作原理IC电量过放控制过充控制+-充电STOP3.9V此时充电MOS关电池充满，单体电压达到上限保护点，IC控制MOS管关断，停止充电19-保护板基本工作原理过放控制-IC+放电LOAD此时正常放电电池带电，可以持续放电20-保护板基本工作原理放电IC+LOAD此时正常放电电池带电量减小，但电压还未到欠压保护点，继续放电21-保护板基本工作原理-放电STOP2.0VIC+此时放电MOS管关LOAD电池带电量以及很少，电压还到了欠压保护点，IC控制MOS管停止放电22-保护板使用需要注意事项不能随意串联：保护板的开关器件使用的是MOS管，MOS管的价格与其耐压成正比关系，因此设计保护板时选用MOS管的耐压等级一般只会比对应电池组电压高一些，不会留太大余量。

例如：对于4串保护板，电池组最高电压不会超过16V，因此MOS管一般选20V或者25V。

如果用两块4串保护板的电池组串联起来用于组成8串的电池组，当保护板的ＭＯＳ管断开时，整个电池组的电压会施加在ＭＯＳ管上，导致ＭＯＳ管过压击穿损坏。持续工作电流与峰值电流定义：一般峰值电流定义为持续时间小于１０Ｓ的瞬间电流。23-保护板均衡功能为什么要加均衡：电芯由于生产工艺所限，不可能做到每一个电芯的电压内阻等做到完全一致。在串联使用的过程中，内阻大的电芯先放完电，又先充饱电，长期这样使用，各个串联电芯的容量和电压的差异也越来越明显。均衡的目的：使各电芯电压保持一致，最大限度的增加电池组的放电容量，延长电池组的使用寿命。

目前最通用的均衡方式主要分为两种，一种是耗能式，另一种

是能量转移式。24-保护板均衡原理电压低于均衡开启电压3.6V电池电压1，多个电池单体（cells）并联成一个模块（Module），多个模块串联成电池组（Battery）。每个模块都有一个独立的并联均衡电路。2，锂电池保护IC测量每一个电池（模块）电压。当电池电压低于均衡开启电压时，均衡电路不启动。电压低于均衡开启电压3.6V电压低于均衡开启电压3.6V25-保护板均衡原理电压仍低于均衡开启电压3.6V电压仍低于均衡开启电压3.6V电压高于均衡开启电压3.6V

IC启动均衡，闭合开关，通过均衡电阻对该电池进行放电。以使该电池的电压上升速度相对于其它节电池电压上升速度相对较慢，达到电池均衡的目的。

均衡电流：I=U/RU：该节电池电压R：均衡电阻，一般取20Ω~100Ω之间的阻值。根据均衡能力要求确定。RRRI26-保护板均衡原理电压高于均衡开启电压3.6V电压高于均衡开启电压3.6V充电过程中，电池电压逐步上升。任何一节电池电压到达均衡开启电压3.6V，则此串电池对应的均衡电路开启。I1=U1/RI2=U2/R因为U1>U2，因此I1>I2，电压仍低于均衡开启电压3.6VI1I2RRR27-保护板均衡原理电压高于均衡开启电压3.6V电压高于均衡开启电压3.6V充电过程中，电池电压逐步上升。任何一节电池电压到达均衡开启电压3.6V，则此串电池对应的均衡电路开启。I1=U1/RI2=U2/RI3=U3/R因为U1>U2>U3，即I1>I2>I3。因此即使每节电池都开启了均衡，但因为均衡电流大小不一样，因此仍然能起到均衡的作用I1I2RRRI3U2U1U3电压高于均衡开启电压3.6V28-目录前言简单保护板（硬件保护板）软件保护板（通讯保护板，启动电源保护板，Discover保护板等）电池管理系统（BMS）应用案例及相关问题29-通讯保护板需求来源：

通讯基站对设备的供电要求非常高，不允许设备停电。因此各个通讯基站都会配置不同容量的储备电池，当市电停电时，电池可以继续供电，确保通讯安全。早期用的大多是铅酸电池。近年来逐渐开始批量使用锂电池通讯基站分类：

1.大型通讯基站：相当于一个地区的中转站，一般工作电流在30A上下，若停站影响非常大，整个区域网络中断2.小型通讯基站：一般只覆盖1平方公里之内的空旷区域，工作电流在10A上下3.直放站：通过光纤将信号接入各个角落的通讯设备，通讯设备连接各个死角的天线，起到信号加强的作用，消除通讯死角，断站影响较小，工作电流在5A上下

30-通讯保护板

由于通讯基站发展多年，各种技术已经非常成熟。因此对于基站所使用的锂电池要求也非常多。不同的移动运营商，不同的地区在进行集采招标时，都会或多或少的植入某些BMS厂商所特有的一些技术指标，以达到屏蔽竞争对手的目的。最终的结果就是关于通讯保护板的技术要求指标越来越多。技术规格书不同通讯保护板比较

31-通讯保护板

32-启动电源保护板对于充放电电流不是很大（一般小于100A）的应用场合，可以通过在保护板上并联MOS管来实现电流控制。但对于更大电流的充放电要求，不能通过无限并联来解决大电流的问题。需要使用接触器来进行控制。24V启动电源，点火瞬间的电流达到600A，持续3~5秒。12V启动电源，点火瞬间的电流达到400A，持续3~5秒。

33-启动电源保护板

启动电源用于直接替代车上的24V铅酸电池。启动电源保护板及相应的控制系统可以应用于所有和启动电池类似的，需要大电流充电或放电的移动24V能源包产品。启动电源保护板基本功能：

过充过放保护；

主动式电阻消耗均衡；

可开关控制设备开启关闭；

具有232通讯接口。34-Discover保护板

控制原理和启动电源保护板类似功能增加很多：SD卡数据存储功能；USB接口；显示屏等成本较高35-目录前言简单保护板（硬件保护板）软件保护板（通讯保护板，启动电源保护板，Discover保护板等）电池管理系统（BMS）应用案例及相关问题36-电池管理系统（BMS）对于高压大容量的电池组，用简单保护板或软件保护板无法实现对电池组的监控和管理对于电动车来说，管理好自己的电池组还不够，还需要与整车控制器进行通信配合，需要与充电机进行通信配合。管理系统就是为了实现电池能源包的自保护，同时实现和充电机、整车控制器联合。37-电池管理系统（BMS）管理系统组成：主机、采集模块、显示模块、采集线束、通讯线束、功能线束、周边配件、控制软件。主机：电池系统的信息收集、分析与处理模块。采集模块：采集各箱电池的单体电压、温度、电流；控制制冷风扇；控制加热；CAN通讯将数据上传给主机。显示模块：显示电池组所有相关的信息；设置相关参数。采集线束：电压采集线束、电流采集线束、绝缘采集线束、温度采集线束通讯线束：主从通讯线（包含各模块间的转接通讯线）、外部CAN线、屏通讯线、485通讯线、GPRS通讯天线功能线束：电源线、继电器控制线、风扇线、均衡线配件：接触器（继电器）、霍尔电流传感器