保護板

動力電池保護板，顧名思義，它是用來保護電池不讓損壞與延長電池的使用壽命。而且它只在電池出現極端問題的情況下作出最穩定最有效的保護防止出現意外。平時不應該動作，當然，監視工作是必須要的，就像我們的家用電器中的保險絲或保險開關一樣。

基本介紹

• 中文名：保護板
• 全稱：動力電池保護板
• 用途：用來保護電池不讓損壞
• 特點：小型的PCB面積

簡介

超小型的PCB面積，使BP20200T可以完美的集成到空間有限的電池包中去。加上電路的高可靠性設計，完全可以取代目前電池包中常用的熱累計斷開式自恢復保險（POLYSWITCH）。 並且由於短路保護是瞬間完成，不存在使用POLYSWITCH時可能碰到的燒壞連線的問題。

鋰電池保護板

目前隨著新能源船舶的發展，鋰電池在混合動力船舶上適用日益廣泛。鋰電池具有高能量、工作溫度範圍寬、工作電壓平穩、貯存壽命長等諸多優越特性。但鋰電池同樣也存在在惡劣的環境可能會發生起火等不穩定性問題。

鋰電池保護板的系統設計

採用的鋰電池組為32串單體20Ah磷酸鐵鋰電池成串，構成96 V，20 Ah電池組。該電池組正常使用過程中，額定放電電流為80 A，瞬時放電電流200A（5ms），額定充電電流10A，過流能力100A（持續90s）。如圖1所示。

電池組的充放電分別由主迴路模組中的充放電開關管K1、K2控制。當主控制模組檢測到電池組出現過壓、過流、過溫、短路等故障時，控制電路將斷開充放電開關管，切斷電池連線主迴路，起到保護電池和用電設備的作用。報警信號模組安裝在電池外殼上，可以顯示當前電量和電池系統狀態。

系統具有以下功能：1）保護功能；2）通信功能；3）電池組電壓、充放電電流採集，電池組溫度採集；4）加熱板控制功能；5）觸點控制功能。

鋰電池保護板的硬體設計

根據控制系統框圖按照功能可分為以下三個模組：主迴路模組、主控制模組、報警信號模組。

1、主迴路模組

充放電主迴路模組由功率MOSFET管、驅動迴路、採樣電阻組成。充放電開關管由8個功率MOSFET（IRFP260）並聯構成，IRFP260具有體積小、導通電阻小（0.06Ω）和漏源擊穿電壓高（200V）的優點。

正常情況下，充放電開關管處於導通狀態，電池組的具體工作狀態由主控制模組控制，可以工作在放電狀態，也可以工作在充電狀態。板載有高精度、高可靠性錳銅採樣電阻可採集電池組主迴路電流，當保護迴路檢測到過充電、過放電、過電流等異常現場時，開關管關斷充電或放電迴路，實現保護功能。如圖2所示。

2、主控制模組

主控制模組基於8051單片機開發。MCU為電池管理系統的核心，通過通訊匯流排讀取電壓採集與保護電路、電流採集與保護電路和溫度採集保護電路採集到的電池參數，利用內建的電池模型對電池組及每個單體電池的狀態進行評估，在此基礎上依據相應控制、保護策略對外圍設備（如加熱器）給出控制指令，或者給出狀態顯示和報警信號（上位機）。如圖3所示。

主控制模組的開關電源模組採用朝陽電源公司的M系列電源模組，該軍用級電源模組具有高精度、寬工作溫度範圍等優點。電壓採集及保護電路主要完成對電池組內單體電池端電壓和總電壓的檢測，並將檢測數據通過匯流排傳遞給MCU。當檢測到電池組出現單體過壓、電池組過壓等故障時，控制電路將輸出保護信號給開關管驅動電路，斷開充放電開關管。電壓採集及保護電路具有均衡功能。電壓採集及保護電路接收MCU的指令，對需要電壓均衡的單體電池進行電阻均衡。該電路主要功能模組包括LINEAR公司的專業電池管理晶片LTC6803I，該晶片通過支持多節電池組電壓測量以及電壓均衡。

電流採集及保護電路主要完成對電池組充放電電流的檢測，並將檢測數據通過匯流排傳遞給MCU。當檢測到電池組出現短路、過流等故障時，控制電路將輸出保護信號給開關管驅動電路，斷開充放電開關管。電流採集通過主迴路模組高精度、高可靠性錳銅採樣電阻實現。溫度採集及保護電路主要完成對電池組溫度的檢測，並將檢測數據通過匯流排傳遞給MCU。當檢測到電池組出現過溫、低溫等故障時，控制電路將輸出保護信號給開關管驅動電路，斷開充放電開關管。

溫度採集及保護電路含6個溫度測點，該溫度測點採用數字式溫度計ds18b20，其具有最高12 位解析度，精度可達±0.5 ℃，檢測溫度範圍為-55°C～+125°C。另外提供2個溫度測點（PT100）由上位機採集。

3、報警信號模組

報警信號模組由4個LED雙色指示燈（紅綠）構成。通過主控制模組控制，顯示電池組和保護板的狀態。

在系統運行正常時，指示燈為綠色，顯示電池組電量。當系統故障時，指示燈為紅色，分別對應控制系統故障、充電故障、放電故障和備用。

鋰電池保護板系統的控制策略

1、工作模式

鋰電池保護板系統根據電池狀態工作在靜置模式、充電模式和放電模式。鋰電池保護板系統由外部供電（DC24V/20W），並且系統啟/停機由外部端子控制。具體工作步驟如下：

1）外部供電開關合閘，保護板系統輔助加熱電路工作。

2）外部系統啟/停開關合閘，保護板系統啟動，系統開始運行，輔助加熱電路停止工作。

3）保護板系統正常運行，對電池組進行檢測和保護。

4）外部系統啟/停開關分閘，保護板系統停機，系統停止工作。

5）外部供電開關分閘。

2、保護措施

鋰電池保護板系統具有單體電壓過充、總電壓過充、過流、高溫、低溫、短路等，保護措施如下（保護閾值可修改）。1）單體電壓或總電壓過充，當超過設定的保護閾值時關斷充電MOSFET並停止充電；2）充電過流，當超過保護閾值15A設定值90s時，關斷充電MOSFET並停止充電；3）放電過流，當超過保護閾值105A設定值90s時，關斷放電MOSFET並停止放電；4）電池組溫度異常，當電池組溫度大於75℃和小於-20℃時，關斷充放電MOSFET、電池組停止工作；5）電池組短路，當出現瞬時大電流（200A）時立刻關斷充放電MOSFET、電池組停止工作。

特點

1、超低功耗設計使BP20200T在電池工作及儲存期間靜態功耗極低。

2、低壓降設計使功率損失極小。保護板自身發熱很小。

3、過流、過溫、欠壓、過充、短路保護都具有“HOLD”功能，這使得保護動作異常可靠。完全避免電池被充壞，完全避免過放電或短路造成電池壽命縮短，也完全避免了重複關斷損壞保護板的可能。

4、HOLD功能解除異常簡單。只要去掉造成保護的原因就可以。比如是短路保護，只要取消短路的條件（斷開負載），就可以進入正常工作狀態。過充HOLD的解除是斷開充電器，接入負載即可以工作。（過溫保護要等溫度降低以後才可以正常工作）。過充保護溫度可以設定。鍍金焊盤保證鎳帶點焊和焊接容易，可靠。

5、保護板還有單電池保護板與多電池保護板之分，手機電池，MP3，MP4等數碼電池，一般使用單一電芯來供電，這樣只需要對一個電芯進行保護，使用的就是單電芯的保護板；當遇到需要使用大容量電池，或高電壓電池的產品時，需要將電芯串聯或者並聯使用（串聯可使電壓提高，同時內阻變大；並聯容量相加，提高電池容量，內阻不變）。這是需要使用到多電池保護板，這種保護板不是對串聯或並聯後的整體進行保護，而是需要對每個單體電池進行保護，也就是說，多電池保護板可以保護到每一顆電池，這樣才能保證電池的使用壽命，不會因為過充、過放而對電池本身造成傷害。

6、保護板上包含的元器件一般包括：控制IC 1PCS， MOSFET 1～2PCS ， 捷比信精密電阻 2～4PCS， PCB 。這是對一般單體電池保護板的簡單舉例，各種不同功能，不同地方的使用材料有所不同。