多串数智能动力锂电池保护板
随着新能源产业快速发展，动力锂电池广泛应用于基站储能、UPS、电动汽车，以及电动
工具、自行车、电摩等多个领域。相对于铅酸、镍氢镍镉电池而言，锂电池具有不可替代的
优势。其无记忆效应、自放电小(不到镍氢电池的1/20)、循环次数多(铅酸一般 400次，而
铁锂可达 2000次)，使用寿命长；可高倍率充放电，充电快，大电流工作时能平稳放电；重
量轻、体积小，能量密度约为铅酸电池的 6倍，单体工作电压约等于 3只镍镉或镍氢电池的
串联电压；绿色环保，不含铅、镉、汞等重金属。
实际应用中锂电池组必须配备专用保护板电路，以确保电池安全性及电池容量、使用寿
命等。沛城电子设计的多串智能保护板采用高精度的锂电保护模拟前端 AFE芯片和超低功耗
MCU等实现完备的保护，包括过充、过放、过流、短路、过温保护，还具备灵活的电池平衡、
精确的电量计量、串口通信等功能。整个方案精度高，功耗低，工作电流大，平衡功能灵活，
性价比高，可靠性稳定，参数指标可根据实际需求灵活设置，专业配套于各类大容量动力锂
电池组。
其主要特点如下：
1．生产备料方便
同一方案适应不同的电芯特性，物料备料上只需要备同一种物料，就可以满足，同时
也适应不同的过流保护，只需要软件配置一下；而硬件板需要根据不同的电芯选择不
同的保护点的芯片，过充与过放点，再有电流，这样的组合就比较多，对于生产一定
量的保护板，就会产生呆料，增加库存。
2．电芯平衡功能
灵活的电池平衡功能可实现各串电芯间的容量均衡，从而提高了实际满充容量，避免
了容量较小电芯充电少而放电深的不利情形，通常可以让电池组的寿命提高30%以上。
在设计时，可脉宽调制方式分组打开均衡电路避免 PCBA局部温升过高；此外就是平
衡可以在充电过程平衡也可在放电过程中平衡，更可根据需要在平衡做预平衡，保证
平衡是真实有效，在充电完成时已达到平衡，而不需要长期挂着充电器，硬件板在这
方面只是摆设，充满电是没能真正达到平衡。
3．电池充满保证
由于在平衡时，软件板可以随时关断平衡，按需要启动，这就保证了在充电结束时，
即移除充电器时，关断平衡功能，保存所有已充电量，而硬件板只能固定打开一个缺
口，充电结束时，只要电压高于设定的平衡电压点，就会一直在平衡，把电白白放掉。
4．灵活的多级过流保护
对于超出额定电流情况，可根据客户要求灵活设置多级过流保护，对不同工况下设定
不同的保护动作时间来满足实际的需求且保护产品不损坏，对应如电摩启动、加速、
爬长坡、陡坡等短时间大电流放电。而硬件方案一般只有固定保护，且保护延迟时间
为固定值不可灵活设置，还不能设置秒级的延迟时间，对采样电阻的选用也有严格要
求。
5．最低放电电压保证
采用沛城的智能保护板的电池包，可以各串间均衡的放电到指定的电压，可以让电动
车控制板系统有充分的做低电量时的处理，而硬件板会提前保护，突然关断输出，电
动车控制板系统来不及反应，用户使用起来觉得是故障。
6．短路延时时间可控
在电池包输出出现异常短路时，可及时关断输出，而对刚接入系统时，需要满足超大
电流的需求，智能板可以根据实际情况调节保护动作时间，精确到 uS级别，使之达到
理想的平衡，而硬件板会出现要么误保护，要求容易出现烧板的严重问题。
7．附加指定的功能：
可增加带电池电量检测输出及异常报告，SOC精度高；带串口通信功能。纯硬件方案
做电池电量报告、串口通信等功能时，需要额外配置一颗MCU，从而提高了整体成本。
而智能保护板方案本身就有主控MCU，可以包含电量、通信等功能，能实现剩余电量
百分比显示、充放电次数、故障报告、异常报告（过流过温短路次数等），方便对产
品的使用过程跟踪。
8．检测高精度高
高精度的单节电压检测，确保电池过充、过放、过温、均衡等电路的精确动作。锂电
芯充到电压高于 4.2V后继续充电会造成过充，电池容量产生永久性的下降，电芯鼓壳
甚至爆炸；锂电芯放电时也要有电压下限，过放会造成电芯内部材料被破坏，电池容
量也会产生永久性的下降。因此，相对于其它方案 50mV电压精度而言，沛城方案的
10mV级别精度更能可靠保证电池组的安全性和高容量及长寿命。
下表所示为 13串带电量锂电池保护板规格参数表：
序号 指标项目 规格参数
单体过充检测电压 4.150V±20mV1 过充保护 过充检测延时时间 1.5S±0.5S
单体过充解除电压 4.120V±20mV
单体过放检测电压 2.800V±20mV2 过放保护
过放检测延时时间 1.5S±0.5S
单体过放解除电压 2.830V±20mV
恢复条件 移除负载自动恢复
3 均衡
单节均衡电压 4.120V±20mV
均衡电流 50mA±5mA
典型连续充电电流 5A
4 充电电流 最大连续充电电流 7A
主机厂充电电流测试值 10A
5 连续放电电流 典型连续放电电流 15A
1级间歇放电保护 30A-40A
6 间歇放电保护
1级间歇放电时间 122.5S±2.5S2级间歇放电保护点 40A-50A
2级间歇放电时间 11S±1S
过流检测电流 50A-120A
7 放电过流保护 过流检测延迟时间 50mS±5mS
恢复条件 移除负载自动恢复
检测状态 输出端短路
8 输出短路保护 短路检测延迟时间 500μS±200μS
恢复条件 移除负载自动恢复
9 线路内阻 保护线路(含 MOSFET) ≤10mΩ
放电 MOS管过温保护点 80±5℃
10 温度保护
放电 MOS管过温解除点 65±5℃
电池电芯过温保护点 57±3℃
电池电芯过温解除点 50±3℃
11 消耗电流
保护板静态自耗电电流 ≤600μA
单节 3.7V自耗电电流 ≤30μA
12 电量指示 剩余电量 SOC精度 5%
13 串口通信 RS-485
14 充放电接口 充放电分口
15 结构尺寸 137mm*104mm*15mm
深圳市沛城电子科技有限公司 |
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