鋰電池保護板的原理及如何配置

 保護板是鋰電池系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的一個部件，在電動汽車電池中，我們所說的電池管理系統(tǒng)（BMS）其實就是保護板的終極升級版，如果沒有保護板，那么這個電池可能充放電一兩次就壞了。不過在使用鉛酸電池的電動車中，是沒有保護板的。

今天，我們主要跟大家講一下為何鋰電池需要保護板，保護板有哪些類別，如何配置保護板的參數(shù)。

為何鋰電池需要保護板，而鉛酸電池不需要保護板？

鋰電池能量密度高，電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性強。當電芯出現(xiàn)過充、過放等非正常使用時，極有可能出現(xiàn)電池損壞，極端情況下，還會導(dǎo)致起火和爆炸。因此，鋰電池需要有一套監(jiān)控系統(tǒng)，隨時監(jiān)控鋰電池的電壓，電流等參數(shù)，一旦超過事先設(shè)定的閾值，則直接關(guān)斷電池主回路。

按照慣例，要了解和熟悉保護板，我們先對保護板進行一個分類。

1、按照是否能夠編寫程序分為硬件板與軟件版；

2、按照充電和放電是同一個輸出口還是兩個不同輸出口分為同口保護板與分口保護板。

而實際使用中，最常見的分類方法是按照保護板所適配的鋰電池串數(shù)、電芯類型和持續(xù)放電大小來分的。

硬件板與軟件板

所謂硬件板，就是保護板上沒有可以進行編程的芯片，只是按照特定的線路進行連接，保護板的參數(shù)是固定的。這一類保護板一般成本較低，功能簡單，很難實現(xiàn)邏輯上的特殊控制要求。而軟件板則是在硬件板的基礎(chǔ)上，加了可以編程的芯片，因此這類保護板除了實現(xiàn)基本功能以外，還能實現(xiàn)很多特殊功能，只需要通過修改程序和添加外設(shè)，比如遠程引爆車輛中的鋰電池。

分口與同口保護板

保護板為了實現(xiàn)保護電池的功能，必須要能夠主動切斷電池主回路。因此，在電池包內(nèi)部，電池的主回路是要經(jīng)過保護板的。為了對充電和放電都進行控制，保護板必須有兩個開關(guān)，分別控制充電和放電回路。在同口保護板中，這兩個開關(guān)串在一條線上，接到電池包外部，充電和放電都經(jīng)過此線。而在分口保護板中，電池分出兩根線，分別接充電開關(guān)和放電開關(guān)，再接到電池外部。

之所以會出現(xiàn)同口和分口保護板，是為了降低成本：一般電動車鋰電池包的充電電流要比放電電流小，如果兩個開關(guān)串到一條線上，那么兩個開關(guān)就得按照大的買。而分口的話，充電電流小，就可以用一個更小的開關(guān)。這里說的開關(guān)，其實就是MOSFET，是鋰電保護板的主要成本。

按照串數(shù)和持續(xù)放電電流大小來分

串數(shù)比較好理解，常見的7串（三元24v），13串（三元48v），17串（三元60v），20串（三元72v）。保護板需要采集每一串電芯的電壓，因此串數(shù)不同，保護板是不同的。而電流大小，就是決定了如上所說開關(guān)的大小（MOS數(shù)量），對價格的影響很大。

最后是按電芯材料來分

不同的電芯材料，放電截止電壓和充電截止電壓是不一樣的。因此，所使用的保護板也是不一樣的，最常見的就是三元保護板和磷酸鐵鋰保護板，一般三元電芯電壓范圍為2.7-4.2v，而磷酸鐵鋰則是2.5-3.6v。

在為電池包配置保護板時，一定要選擇參數(shù)相匹配的保護板，既要和電池的參數(shù)相配，也要和目標用電器的參數(shù)相匹配。用電器的參數(shù)，以電動車為例，就是要和電動車的控制器相匹配。那如何選擇保護板呢？

電芯類型要選對

磷酸鐵鋰和三元等不同的電芯種類，保護板是不能搭配使用的，電芯和保護板要一致。除此之外，保護板的保護參數(shù)也應(yīng)該和用電器的功率匹配。

那保護板的參數(shù)如何選擇呢？鋰電池過充過放都可能導(dǎo)致意外情況的發(fā)生。因此，在電池包內(nèi)部，保護板需要監(jiān)控每一串電芯的電壓，所有電芯中只要有一串電壓低于或者高于設(shè)定電壓，保護板就需要進行保護。這個地方就出現(xiàn)了我們保護板關(guān)鍵的一組參數(shù)，充電截止電壓和放電截止電壓。保護板在檢測時為了避免干擾，確保數(shù)據(jù)準確，一般都有延時，不會在檢測到以后立即就保護，因此又有一組充電保護延時和放電保護延時參數(shù)。另外，當保護板保護以后，如果異常情況消失，保護板還應(yīng)該恢復(fù)正常。

除了這些基本功能以外，為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場景個需求，保護板還有其他的附加功能（如均衡），特別是帶軟件的保護板中，功能更加豐富，比如藍牙、wifi、GPS、串口、CAN等應(yīng)有盡有。