從硬件結(jié)構(gòu)看,鋰電池保護(hù)板由控制芯片、MOS管、采樣電阻及輔助元件(如NTC熱敏電阻)協(xié)同構(gòu)成。控制芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與邏輯判斷,MOS管作為執(zhí)行開(kāi)關(guān)控制充放電回路通斷,而采樣電阻則用于精確測(cè)量電流與分壓。在選型時(shí)需重點(diǎn)匹配電池類(lèi)型(三元鋰/磷酸鐵鋰)、電壓等級(jí)及電流需求,例如電動(dòng)工具需選擇持續(xù)電流30A以上的型號(hào),同時(shí)兼顧低內(nèi)阻(通常<50mΩ)以減少能量損耗。對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景如電動(dòng)汽車(chē)或儲(chǔ)能系統(tǒng),保護(hù)板往往升級(jí)為電池管理系統(tǒng)(BMS),集成溫度監(jiān)控、通信接口(CAN/UART)及主動(dòng)均衡功能,以應(yīng)對(duì)高低溫環(huán)境、多串電池組管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控需求。實(shí)際應(yīng)用中,保護(hù)板廣闊覆蓋消費(fèi)電子、電動(dòng)交通工具、工業(yè)設(shè)備及儲(chǔ)能領(lǐng)域。手機(jī)、無(wú)人機(jī)等小型設(shè)備依賴(lài)單節(jié)保護(hù)板實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)防護(hù),而電動(dòng)車(chē)電池組則需多串保護(hù)板配合BMS實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡與故障診斷。值得注意的是,用戶(hù)需避免擅自繞過(guò)保護(hù)板使用裸電池,并定期檢測(cè)均衡功能與保護(hù)閾值,尤其在高溫、高濕環(huán)境中需加強(qiáng)絕緣防護(hù)。若出現(xiàn)誤觸發(fā)或不工作現(xiàn)象,可能源于MOS管損壞或焊接故障,需及時(shí)檢修更換。總之,鋰電池保護(hù)板通過(guò)多層次的安全策略,在能量密度與安全性之間構(gòu)建了關(guān)鍵平衡,成為現(xiàn)代鋰電技術(shù)普及的重要基石。控制IC(監(jiān)測(cè)電壓/電流)、MOSFET(通斷電路)、溫度傳感器、電阻電容(信號(hào)調(diào)理)、PCB基板。硬件鋰電池保護(hù)板電池管理系統(tǒng)效果
嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵,是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。嵌入式處理器可以分為嵌入式微處理器(MPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP處理器(EDSP)及嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)。電池管理芯片通常以SOC的形式,直接在片內(nèi)處理器中嵌入軟件代碼,通過(guò)軟硬件無(wú)縫結(jié)合,靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、計(jì)量、控制、通訊等功能,把過(guò)去很多需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題集中在芯片設(shè)計(jì)中解決,從而可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高集成度,降低系統(tǒng)功耗,提高可靠性。智慧動(dòng)鋰電子是一家集鋰電池安全管理硬件、軟件及BMS系統(tǒng)方案于一體的綜合服務(wù)商。太陽(yáng)能鋰電池保護(hù)板管理系統(tǒng)方案開(kāi)發(fā)保護(hù)板是BMS的硬件基礎(chǔ),負(fù)責(zé)基礎(chǔ)保護(hù);BMS包含軟件算法,額外管理均衡、通信、狀態(tài)估算等功能。
控制芯片:是保護(hù)板的中心部件,負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池組的電壓、電流等參數(shù),并根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行判斷和控制,以實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。常見(jiàn)的控制芯片有德州儀器(TI)的 BMS 芯片、意法半導(dǎo)體(ST)的相關(guān)芯片等。MOSFET 開(kāi)關(guān)管:用于控制電池組的充放電回路,當(dāng)控制芯片檢測(cè)到異常情況時(shí),會(huì)通過(guò)控制 MOSFET 開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止來(lái)切斷電路。MOSFET 開(kāi)關(guān)管具有導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn),能夠有效地降低電路的功耗和發(fā)熱。電阻、電容等元件:電阻用于分壓、限流等,電容則用于濾波、儲(chǔ)能等,它們與控制芯片和 MOSFET 開(kāi)關(guān)管等配合,共同完成保護(hù)板的各項(xiàng)功能。此外,部分保護(hù)板還可能配備溫度傳感器,用于監(jiān)測(cè)電池組的溫度,當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。
鋰電池保護(hù)板主要功能。電壓保護(hù)過(guò)充保護(hù):監(jiān)測(cè)單體電芯電壓,當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值(如三元鋰4.25V±0.05V)時(shí)切斷充電回路,防止電解液分解或熱失控。過(guò)放保護(hù):在電芯電壓低于閾值(如三元鋰2.5V±0.1V)時(shí)斷開(kāi)負(fù)載,避免不可逆容量損失。電流保護(hù)過(guò)流/短路保護(hù):通過(guò)檢測(cè)電流瞬時(shí)峰值(如10A~100A范圍),在數(shù)毫秒內(nèi)觸發(fā)MOSFET關(guān)斷,保護(hù)電芯與電路。溫度保護(hù)集成NTC熱敏電阻,當(dāng)溫度超過(guò)安全范圍(如-20℃~60℃)時(shí),暫停充放電并報(bào)警。均衡控制(可選)被動(dòng)均衡:通過(guò)電阻耗能平衡高電壓電芯,成本低但效率有限;主動(dòng)均衡:采用電感或電容轉(zhuǎn)移能量,均衡速度快,適用于大容量電池組。寬溫域元件(-40℃~125℃)、三防涂層(防潮/鹽霧)、冗余電路設(shè)計(jì)。
均衡是BMS中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),您可能遇到過(guò)因?yàn)槟骋还?jié)電芯電壓異常導(dǎo)致電池包使用容量變少的問(wèn)題問(wèn)題,BMS是遵循短板效應(yīng)的,因?yàn)槟骋还?jié)電芯的電壓比較低會(huì)導(dǎo)致SOX的估算直接不準(zhǔn),明明其他電芯還有電,但是確有勁無(wú)處使,對(duì)電池包的影響還是非常大的。關(guān)于均衡還是比較麻煩的,這里就不展開(kāi)說(shuō)了。當(dāng)前的均衡控制策略中,有以單體電壓為控制目標(biāo)參數(shù)的,也有人提出應(yīng)該用SOC作為均衡控制目標(biāo)參數(shù)。以單體電壓為例:首先設(shè)定一對(duì)啟動(dòng)和結(jié)束均衡的閾值:例如一組電池中,單體電壓極值與這組電壓平均值的差值達(dá)到30mV時(shí)啟動(dòng)均衡,5mV結(jié)束均衡。BMS按照固定的采樣周期采集單體電壓,計(jì)算平均值,再計(jì)算每個(gè)單體電壓與均值的差值;如果MAX的一個(gè)差值達(dá)到了30mV,BMS就需要啟動(dòng)均衡程序;在均衡過(guò)程中持續(xù)步驟,直到差值都小于5mV,結(jié)束均衡。智慧動(dòng)鋰電子是一家集鋰電池安全管理硬件、軟件及BMS系統(tǒng)方案于一體的綜合服務(wù)商。斷電操作,選同型號(hào)替換,避免焊接高溫?fù)p壞元件。平衡車(chē)鋰電池保護(hù)板管理系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)
鋰電池保護(hù)板如何檢測(cè)是否損壞?硬件鋰電池保護(hù)板電池管理系統(tǒng)效果
工業(yè)設(shè)備應(yīng)用(如AGV機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備)則對(duì)鋰電池保護(hù)板的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性提出更高要求。工業(yè)級(jí)BMS選用耐壓100V以上的MOSFET和鉭電容,在-40℃~85℃寬溫域內(nèi)穩(wěn)定工作,PCBA板噴涂三防漆以抵御粉塵、濕氣侵蝕。醫(yī)療設(shè)備電池需符合IEC 60601標(biāo)準(zhǔn),保護(hù)板漏電流嚴(yán)格控制在10μA以下,并通過(guò)隔離電路杜絕患者觸電風(fēng)險(xiǎn)。礦用設(shè)備更結(jié)合防爆外殼與保護(hù)板聯(lián)動(dòng)機(jī)制,在檢測(cè)到短路時(shí)優(yōu)先切斷外部負(fù)載而非電池內(nèi)部回路,避免電火花引發(fā)瓦斯危險(xiǎn)。這類(lèi)場(chǎng)景中,BMS上電自檢功能成為標(biāo)配,可自動(dòng)診斷MOS管通斷狀態(tài),預(yù)防隱性故障積累。硬件鋰電池保護(hù)板電池管理系統(tǒng)效果