18650锂电池BMS管理系统的作用与原理

Howell  |  点击量:52次  |  2022年11月09日  

锂电池保护板BMS系统的原理与作用:锂电池保护板BMS管理系统是对锂电池进行监控与控制的系统,主要就是为了智能

化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。将采集的锂电池

信息实时反馈给用户,同时根据采集的信息调节参数,充分发挥锂电池的性能。


锂电池保护板原理:


锂电池之所以需要保护,是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超

高温充放电,因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的BMS系统通常由保护电路

板和PTC、NTC等元器件协同完成,保护板是由电子电路组成,在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充

放回路的电流,及时控制电流回路的通断;PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。


简单的普通锂电池保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存储器等。其中控制

IC,在一切正常的情况下控制 MOS开关导通,使电芯与外电路导通,而当电芯电压或回路电流超过规定值时,它立刻控

制MOS开关关断,保护电芯的安全。


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在保护板正常的情况下,Vdd为高电平,Vss,VM为低电平,DO、CO为高电平,当Vdd,Vss,VM任何一项参数变换时,DO

或CO端的电平将发生变化。

  1、过充电检出电压:在通常状态下,Vdd逐渐提升至CO端由高电平 变为低电平时VDD-VSS间电压。

  2、过充电解除电压:在充电状态下,Vdd逐渐降低至CO端由低电平 变为高电平时VDD-VSS间电压。

  3、过放电检出电压:通常状态下,Vdd逐渐降低至D O端由高电平 变为低电平时VDD- VSS间电压。

  4、过放电解除电压:在过放电状态下,Vdd逐渐上升到DO端由低电平 变为高电平时 VDD-VSS间电压 。

  5、过电流1检出电压:在通常状态下,VM逐渐升至DO由高电平 变为低电平时VM-VSS间电压。

  6、过电流2检出电压:在通常状态下,VM从OV起以1ms以上4ms以下的速度升到 DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间

电压。

  7、负载短路检出电压:在通常状态下,VM以OV起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高电平变为低电平时VM-

VSS间电压。

  8、充电器检出电压:在过放电状态下,VM以OV逐渐下降至DO由低电平变为变为高电平时VM-VSS间电压。

  9、通常工作时消耗电流:在通常状态下,流以VDD端子的电流(IDD)即为通常工作时消耗电流。

  10、过放电消耗电流:在放电状态下,流经VDD端子的电流(IDD)即为过流放电消耗电流。



一、过充电保护:

锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压,在充电初期,为恒流充电,随着充电过程,电压会上升到4.2V(根据正极材料

不同,有的电池要求恒压值为4.1V),转为恒压充电,直至电流越来越小。


电池在被充电过程中,如果充电器电路失去控制,会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电,此时电池电压仍会继续上升

,当电池电压被充电至超过4.3V时,电池的化学副反应将加剧,会导致电池损坏或出现安全问题。


在带有保护电路的电池中,当控制IC检测到电池电压达到4.28V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“CO

”脚将由高电压转变为 零电压,使T1由导通转为关断,从而切断了充电回路,使充电器无法再对电池进行充电,起到过

充电保护作用。而此时由于T1自带的体二极管VD1的存在,电 池可以通过该二极管对外部负载进行放电。


在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断T1信号之间,还有一段延时时间,该延时时间的长短由C2决定,通常设为

1秒左右,以避免因干扰而造成误判断。


二、过放电保护:

由于锂离子电池的化学特性,电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C(C=电池容量/小时),当电池超过2C电流

放电时,将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。


电池在对负载正常放电过程中,放电电流在经过串联的2个MOSFET时,由于MOSFET的导通阻抗,会在其两端产生一个电压

,该电压值 U=I*RDS*2, RDS为单个MOSFET导通阻抗,控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测,若负载因某种原因导

致异常,使回路电流增大,当回路电流大到使 U》0.1V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“DO”脚将

由高电压转变为零电压,使T2由导通转为关断,从而切断了放电回路, 使回路中电流为零,起到过电流保护作用。


在控制IC检测到过电流发生至发出关断T2信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C2决定,通常为13毫秒左

右,以避免因干扰而造成误判断。


在上述控制过程中可知,其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值,还取决于MOSFET的导通阻抗,当MOSFET导通

阻抗越大时,对同样的控制IC,其过电流保护值越小。


三、短路保护:


电池在对负载放电过程中,若回路电流大到使U》0.9V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,控制IC则判断为

负载短路,其 “DO”脚将迅速由高电压转变为零电压,使T2由导通转为关断,从而切断放电回路,起到短路保护作用。

短路保护的延时时间极短,通常小于7微秒。其工作原 理与过电流保护类似,只是判断方法不同,保护延时时间也不一

样。锂电池保护板BMS系统的原理与作用!

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