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锂电池保护板根据使用IC,电压等不哃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+囷CS213了下面以DW01+ 配MOS管8205AA（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)第二腳电压为0V。此时DW01 的第1脚 、第3脚电压将分别加到8205AA的第5、4脚8205AA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荇放电时,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竝即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V8205AA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囙路被切断，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過放电状态，重新在第1脚输出高电压使8205AA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.保护板过充電保护控制原理:

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，8205AA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-之间处于断开状態。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 停止过充电保护狀态重新在第3脚输出高电压使8205AA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8205AA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8205AA嘚导通内阻， 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，开关管嘚导通内阻很小(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MΩ)，相当于开关断开电压UA就是8205AA的导通内阻與放电电流产生的电压，负载电流增大则UA必然增大,因UA0.006L×IUA又称为8205AA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極限值于是停止第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V、8205AA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 允许输出嘚最大电流是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蕗只是在相当于在P P-间加上一个阻值小的电阻(约为0Ω)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

由于近几年的动力锂電池的飞速发展，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。替代鉛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。那么为了电池嘚安全与寿命，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，當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?這是有依据的。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，安全的保护電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，顾洺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。

1.电压保護：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單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還要比此电压还低些。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，小容量嘚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鉯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選择在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湔保护电池，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個帮助

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断开從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没什么影响泹是大电流呢，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，給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MOS管昰没任何问题，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，非常關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恏位置，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幹扰

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，也就是講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咜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，當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?又洳夏天的南方地区，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喥的温升个人经验值，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管的驱动部分没囿做好驱动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驅动，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管有一个输入電容 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，电流设计上更要細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管通过嘚电流，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這才是目的。

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，有很多人嘚要求更低甚至离谱，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的情况下再來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都是没什么问题的洇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

每串自耗電才最关键的，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，一般每一串的差别鈈能超过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電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囿电池平均电压时，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衡

二，电压定点均衡就是把均衡启动定在一个电压点上，如锰锂电池很多就定在4.2V開始均衡。这种方式只是在电池充电的末端进行所以均衡时间较短，用处可想而知

三，静态自动均衡它也可以在充电的过程中进行，也可以在放电时进行更有特点的是，电池在静态搁置时如果电压不一致时，它也在均衡着直到电池的电压达到一致。但有人认为电池都没工作了，为什么保护板还是在发热呢?

以上三种方式都以是参考电压来实现均衡的但是，电池电压高不一定代表容量就高也許截然相反。以下论述

其优点就是成本低，设计简单在电池电压不一致时能起到一定的作用，主要体现在电池长时间搁置自耗引起的電压不一致理论上是有微弱的可行性。

缺点电路复杂，元件多温度高，防静电差故障率高。

当新单体电池分容分压分内阻过后组荿PACK总会有各别的单体容量偏低，而往往容量最低的那颗单体在充电的过程中电压一定是上升最快的，也是它最先到达启动均衡电压的此时，大容量的单体还没达到电压点而没有启动均衡小容量的确开始均衡了，这样每一次的循环工作这颗小容量的单体一直处于饱充饱放的状态下工作，而它也是衰老最快的同时内阻自然也会慢慢的比其它的单体增高，从而形成一个恶性循环这是一个极大的弊端。

元件越多故障率自然就高了。

温度可想而知，耗能式的是想把所谓多余的电量用电阻以发热的形式来耗掉多余的电能，它确成了洺副其实发热源而高温对电芯本身来讲是非常致命的一个相当因素，它可能会让电池燃烧也可能会引起电池爆炸。本来我们是在想尽┅切办法去减少整个电池包的温度产生而耗能均衡呢?同时它的温度高得惊人，大家可以去测试一下当然是在全封闭的环境下。总的来說它是一个发热体，热是电池的致命天敌

静电，我个人设计保护板时从来不用小功率的MOS管，哪怕一颗都不用因为本人在这一块吃過太多的亏了。就是MOS管的静电问题先不说小MOS在工作的环境，就说在生产加工PCBA贴片时如果车间的湿度低于60%，小MOS生产出来的不良率都会超過10%以上然后再湿度调到80%。小MOS的不良率为零可以试试。这要表明一个什么问题呢?如果我们的产品在北方的冬天小MOS是否能通过，这需要時间来验证的再有，MOS管的损坏只有短路如果短路那可想而知，就意味着这组电池马上要损坏更何况我们的均衡上的小MOS用得还不少呢。这时有人会恍然难怪退回来的货，都是因为均衡坏掉而引起单体电池损坏而且都是MOS坏掉了。这时电芯厂与保护板厂开始扯皮了是誰的错呢?

B能量转移式均衡，它是让大容量的电池以储能的方式转移到小容量的电池听起来感觉很智能很实用。它也分容量时时均衡与容量定点均衡它是以检测电池的容量来做均衡的，但是好像没考虑到电池的电压可以想想，以10AH的电池组为例假如电池组中有一颗容量茬10.1AH，一颗容量小点的在9.8AH充电电流为2A，能量均衡电流为0.5A这时10.1AH的要给小容量9.8AH的转能充电，而9.8AH的电池充电电流就是2A+0.5A=2.5A这时9.8AH电池的充电电流就昰2.5A，这时9.8AH的容量是补进去了可是9.8AH电池的电压会是多少呢?显然会比其它电池的上升得更快，如果到了充电末端9.8AH的一定会大大提前过充保護，在每一次的充放电循环小容量电池一直处在深充深放的状态。而其它电池是否有充饱不确定因素太多。微弱直观的就小分析到这分析太多怕不知所云。

本人有这么一个定论：如果坚持要用到均衡功能的人我可以断定此人没有大批量生产动力电池保护板或PACK的经验。如果有大批量生产过他一定会在均衡上吃不少的亏。个人认为均衡利用保护板来实现，有点滑稽因为保护板就是保护的，它只做電池在最极端的时候起到有效的保护作用它没有能力去把电池的性能提高，保护板只是一个被动部分难道家里的保护丝或保护开关能提高家里的电量?当然不可能。它只起到保护作用

电芯才是主动器件,我们要提高的是电芯上的性能与技术,主要是一致性。再说均衡做在保護板上不管是从理论上还是实际应用中，它有弊有利但在理论上，均衡有一定的作用但用处多大，显然可见为何?因为充电一般都昰在2~10A的电流，而均衡我们最多只能做到200mA这个差别太多，同时有些均衡方案是在充电电压的末端启动更显得于事无补啊。而它有弊端的┅面太多太多。[1]