一种串联锂电池均衡充电电池组的保护板方案

郑州正方科技：如今资源紧缺以及环境污染对人类造成的困扰越来越大，新能源的开发成了国家乃至全球发展的重点对象，众所周知，新型的锂电池组也逐步取代老式的铅酸电池组用于电动自行车以及电动汽车上，锂电池的轻便，高性能等等的一系列的优点，也使得电动工具更加的方便，高效。

目前，各个生产商也针对不同的类型的锂电池组生产相对应的锂电池保护板以保证电池组的安全性，以及对电池组的一系列的保护措施。

这类型的锂电池保护芯片也主要对应的是1~4串的锂电池组，当然也有对应5~10串电池组的保护板，如BQ77PL900芯片，这种芯片的功能更加全面，应用度也很广泛。

这也完全避免了目前市场上集成电路芯片保护板的一些弊端，例如保护失效以及复杂等等缺点！此外，锂电池组在充电的时候如果不能保证每个单节电池的均衡充电，那么就会极大的影响了电池组的性能以及使用寿命，目前最常见的均衡充电有这么几类：（1）恒定电流分阻均衡充电（2）电感均衡充电（3）降压型变换器均衡充电（4）开关电容均衡充电等等，所以有一点大家可想而知，单单节电池不存在多个电池组合的问题，所以不需要均衡充电控制功能；下面我们就讲的是锂电池保护板的一些实现方案。

根据锂电池保护板的保护原理，我们做了实验，在实际的应用中，某厂要求2组并联、10节串联的36V8A·h锰酸锂动力电池组保护板的设计，考虑到外部干扰可能会引起电池电压不稳定的情况，这样会造成电压极短时间的过压或欠压，从而导致电池保护电路错误判断，因此在保护芯片配有相应的延时逻辑，必要时可在保护板上添加延时电路，这样将有效降低外部干扰造成保护电路误动作的可能性。

由于电池组不工作时，保护板上各开关器件处于断开状态，故静态损耗几乎为0。

当系统工作时，主要损耗为主电路中2个MOS管上的通态损耗，当充电状态下均衡电路工作时，分流支路中电阻热损耗较大，但时间较短，整体动态损耗在电池组正常工作的周期内处于可以接受的水平。

经测试，该保护电路的设计能够满足串联锂电池组保护的需要，保护功能齐全，能可靠地进行过充电、过放电的保护，同时实现均衡充电功能。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720794242.1(22)申请日 2017.07.03(73)专利权人 天津科润自动化技术有限公司地址 300000 天津市滨海新区兆发新村8号融科大厦405-406室(72)发明人 王健　(51)Int.Cl.H02J 7/00(2006.01)(54)实用新型名称一种用于锂电池均衡充电的保护板(57)摘要本实用新型公开了一种用于锂电池均衡充电的保护板，属于锂电池设备领域，包括阴极插头和空气开关，所述阴极插头安装在总电路板的上方，所述总电路板上设置有充电控制开关、放电控制开关和所述空气开关，所述空气开关上方设置有阳极插头，所述空气开关由接线柱、绝缘套和断路器组成，所述总电路板上还设置有多个锂电池放置槽，所述锂电池放置槽另一侧设置有单个控制开关，所述充电控制开关与充电管栅极相连接。

本实用新型可以对锂电池均衡充电过程中的电流和电压提供检测和实时保护，安全性能高，可以满足锂电池的化学特性需求，并且具备单个锂电池充电功能，更方便使用。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 206894299 U 2018.01.16C N 206894299U1.一种用于锂电池均衡充电的保护板，其特征在于：包括阴极插头(1)和空气开关(13)，所述阴极插头(1)安装在总电路板(2)的上方，所述总电路板(2)上设置有充电控制开关(3)、放电控制开关(4)和所述空气开关(13)，所述空气开关(13)上方设置有阳极插头(14)，所述空气开关(13)由接线柱(1301)、绝缘套(1302)和断路器(1303)组成，所述总电路板(2)上还设置有多个锂电池放置槽(11)，所述锂电池放置槽(11)另一侧设置有单个控制开关(12)，所述充电控制开关(3)与充电管栅极(7)相连接，所述充电管栅极(7)通过电压表(8)与锂电池保护芯片(9)相连接，所述锂电池保护芯片(9)下方设置有过流检测保护电阻(10)，所述放电控制开关(4)与放电管栅极(5)相连接，所述放电管栅极(5)、所述充电管栅极(7)、所述电压表(8)、所述锂电池保护芯片(9)、所述过流检测保护电阻(10)设置在控制电路板(6)内部。

串联式锂电池组的锂电池保护板实现方案一、保护板的硬件设计：1.获得锂电池参数：首先，需要根据锂电池的特性参数设计保护板。

包括电池单体电压范围、充放电电流范围、温度范围等。

2.选择保护芯片：根据锂电池的需求，选择适配的保护芯片。

常用的保护芯片有TP4056、DW01等，它们能够实现过放保护、过充保护、过流保护和短路保护等功能。

3.保护电路设计：根据锂电池的串联数确定串联电池的数量，并设计保护电路。

保护电路包括保护芯片、MOS管、电流采集电阻、过放过充电流开关等。

4.温度控制设计：使用温度传感器来采集锂电池组的温度信息，当温度超出设定范围时，保护板控制充放电过程，避免过热引发安全事故。

二、保护板的软件设计：1.充放电控制算法：保护板需要根据锂电池的状态及用户需求控制充放电过程。

可以根据需求设置充电电流、放电电流和截止电压等，实现恰当的充电和放电控制。

2.状态监测算法：保护板需要实时监测锂电池的电压、电流和温度等信息。

当电压超过设定范围时，保护板会切断电流。

同时，保护板可以通过对电流的采样和计算，实现电池的容量估计。

3.通信接口设计：为方便用户监测和控制锂电池组，保护板需要设计通信接口，可以通过串口、I2C或者CAN等方式与外部设备进行通信，实现数据传输和控制命令的收发。

三、保护板的制造和测试：1.制造流程：根据设计，进行保护板的PCB设计和制造，选择合适的器件，进行焊接和组装。

然后进行功能测试，验证保护板的性能和可靠性。

2.安全性测试：保护板必须经过严格的安全性测试，包括过充、过放、短路、高温等测试，以确保锂电池组的安全运行，防止安全事故的发生。

3.过程控制和质量管理：保护板的制造和测试过程需要进行过程控制和质量管理，确保产品的一致性和可靠性。

四、保护板的应用：1.锂电动工具和电动汽车：串联式锂电池组通常用于锂电动工具和电动汽车，保护板的应用使得锂电池组在安全范围内工作，提高了使用的安全性和可靠性。

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3、特点3－1 针对各节电池的高精度电压检测功能333 3接口规范（两位拨码开关设置电池节数）4节串联锂电池组（两位拨码开关置数字1、2）5节串联锂电池组（一位拨码开关置数字2、另一位拨码开关置ON）6节串联锂电池组(一位拨码开关置数字1、另一位置ON)7节串联锂电池组(两位拨码开关都置ON)使用说明1、放置DEMO板的区域必须与金属等导电物体隔离，并预留一定空间。

2、按照PCB板上标记，接好电池组B-、引出排线插口、；并用万用表测试接线是否正确。

注意接线排插口的方向必须与DEMO板上的插座方向一致。

3、按照PCB板上标记，接好热敏电阻（材料：B3950，阻值：10KΩ@25℃）端子线。

热敏电阻金属引线必须外套热缩套管加以绝缘。

4、按照PCB板上标记C+、C-，正确接好DEMO板与充电端子间导线；注意充电器正负线必须与充电端子及DEMO板C+、C- 一致。

锂电池组保护板平衡充电解决方案文章摘自：凌力尔特技术论坛-与非网本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池平衡充电的问题，介绍了一种采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进展保护的含平衡充电功能的电池组保护板的设计方案。

经过仿真结果和工业消费应用证明，该保护板的保护功能完善，工作稳定，性价比高。

常用的平衡充电技术包括恒定分流电阻平衡充电、通断分流电阻平衡充电、平均电池电压平衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器平衡充电、电感平衡充电等。

成组的锂电池串联充电时，应保证每节电池平衡充电，否那么使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。

而现有的单节锂电池保护芯片均不含平衡充电控制功能，多节锂电池保护芯片平衡充电控制功能需要外接CPU;通过和保护芯片的串行通讯〔如I2C总线〕来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。

1 锂电池组保护板平衡充电原理构造采用单节锂电池保护芯片设计的具备平衡充电才能的锂电池组保护板构造框图如下列图1所示。

图1锂电池组保护板构造框图其中：1为单节锂离子电池；2为充电过电压分流放电支路电阻；3为分流放电支路控制用开关器件；4为过流检测保护电阻；5为省略的锂电池保护芯片及电路连接局部；6为单节锂电池保护芯片〔一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等〕；7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极；8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极；9为充电控制开关器件；10为放电控制开关器件；11为控制电路；12为主电路；13为分流放电支路。

单节锂电池保护芯片数目根据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进展保护。

一款基于锂电池保护芯片的均衡充电设计方案锂电池是一种高能量密度的电池，被广泛应用于移动设备、电子设备和电动车辆等领域。

由于其化学特性的限制，锂电池在充电和放电过程中需要进行保护和均衡控制，以避免过充、过放和电池不平衡等问题。

因此，设计一款基于锂电池保护芯片的均衡充电方案是非常重要的。

首先，我们需要选取适合锂电池的保护芯片。

保护芯片的功能包括过充保护、过放保护以及短路保护等。

在市场上有许多成熟的锂电池保护芯片供应商，如TI、Maxim和NXP等。

我们可以根据具体需求选取一款适合的保护芯片。

其次，针对充电过程中的均衡控制问题，我们需要设计一种均衡充电电路。

充电电路的主要目标是将电池组中电池的电压进行均衡，以保证各个电池的充电状态达到一致。

一种常见的均衡充电电路是采用分流方式，在电池组中串联电阻或电压依赖器实现电池间的电流分流。

通过监测每个电池的电压，控制分流电阻的导通与否，以实现电池间的均衡充电。

此外，还可以利用开关式电容器均衡电路或者电压源均衡电路来实现电池组均衡充电。

在充电过程中，还需要确保充电电流的稳定和安全。

为此，我们可以在设计中添加电流传感器，并使用反馈控制来控制充电电流。

可以选择使用电流采样电阻或者Hall效应传感器来实现电流的采样。

通过与保护芯片的通信，根据电流变化来调整充电电流，以确保充电的安全性。

此外，为了避免过热问题，我们还可以在设计中加入温度传感器来监测电池的温度。

通过与保护芯片的通信，控制充电电流的大小，以确保电池的温度在安全范围内。

如果温度过高，可以采取降低充电电流、停止充电或其他措施。

最后，为了充分利用电池容量，我们可以在设计中加入充电截止电压的可调功能。

通过与保护芯片的通信，可以根据实际应用需求，调节充电截止电压，以达到最佳的充电效果。

综上所述，一款基于锂电池保护芯片的均衡充电设计方案需要选取适合的保护芯片，并设计均衡充电电路、充电电流控制、温度监测和调节充电截止电压等功能。

成组锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。

常用的均衡充电技术有恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。

而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU，通过和保护芯片的串行通讯（如I2C总线）来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。

本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。

仿真结果和工业生产应用证明，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。

锂电池组保护板均衡充电基本工作原理采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。

其中：1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片（一般包括充电控制引脚CO，放电控制引脚DO，放电过电流及短路检测引脚VM，电池正端VDD，电池负端VSS等）;7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;13为分流放电支路。

单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。

该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。

带保护板锂电池组串联方法随着科技的发展，锂电池作为一种高能量密度、长寿命、环保的电池，被广泛应用于移动电子设备、电动车辆等领域。

然而，锂电池具有高能量密度的同时，也存在着一定的安全隐患，一旦发生过充电、过放电、短路等异常情况，可能导致电池过热、燃烧甚至爆炸。

为了保护锂电池的安全运行，我们可以采用带保护板的锂电池组串联的方法。

锂电池组串联是指将多个锂电池按照一定的规则连接起来，形成一个整体的电池组。

而带保护板的锂电池组串联，是在每个单体锂电池之间加上了一个保护板，用于监测和控制每个锂电池的电压、电流和温度等参数，以确保电池组的安全运行。

带保护板的锂电池组串联可以有效地平衡每个单体锂电池之间的电压差异。

由于锂电池的内阻和容量存在差异，充放电过程中，不同单体锂电池的电压会有所不同。

如果没有保护板的控制，电压差异会导致电池组中某几个单体电池电压过高或过低，从而影响整个电池组的性能和安全性。

而带保护板的锂电池组串联可以通过监测每个单体电池的电压，及时调整充放电电流，使得每个单体电池的电压保持在一个合理的范围内，从而达到电池组的平衡。

带保护板的锂电池组串联可以对每个单体电池进行精确的电流、电压和温度监测。

保护板上通常会集成一些传感器和控制电路，可以实时监测每个单体电池的电压、电流和温度等参数。

一旦发现某个单体电池出现异常，比如电压过高、电流过大或温度过高，保护板会及时切断电路，阻止异常电池的继续工作，以避免电池过热、燃烧甚至爆炸的风险。

带保护板的锂电池组串联还可以提高整个电池组的安全性和可靠性。

保护板可以防止过充电、过放电和短路等异常情况的发生，有效地延长锂电池的使用寿命。

同时，保护板还可以提供过流保护、过温保护和过压保护等功能，进一步保障锂电池组的安全运行。

在日常使用中，如果电池组的任何一个单体电池出现问题，保护板会立即切断电路，以避免故障扩散，保护其他正常工作的单体电池。

带保护板的锂电池组串联是一种有效的方法，可以保护锂电池的安全运行。

串联式锂电池组的锂电池保护板实现方案首先，设计一个微控制器（MCU）来监测电池组的状态。

MCU可以读取每个电池单体的电压，并通过比较电压与预设阈值来判断电池是否过充或过放。

当电池电压超过预设阈值时，MCU将发出警告信号。

MCU还可以监测电池组的总电流，以检测是否存在过流现象。

同时，MCU还可以监测电池组的温度，并在温度异常时采取措施，如停止充放电过程或发出警告信号。

其次，设计一个电池保护电路来控制充放电过程。

电池保护电路可以通过控制充放电MOSFET的导通和截止来控制电池的充放电过程。

当电池电压过高时，充电MOSFET将截止，停止充电过程。

当电池电压过低时，放电MOSFET将截止，停止放电过程。

电池保护电路还可以通过控制电流传感器来限制充电过程中的过流情况，通过控制电池管理IC来实现电压均衡，确保每个电池单体的电压相对平衡。

最后，设计一个警报电路来保护电池组免受短路等故障的影响。

警报电路可以通过监测电池组的电流来检测是否存在短路情况。

当警报电路检测到电流异常时，可以触发警报器发出警报信号，并同时停止充放电过程。

警报电路还可以通过控制断路器来隔离电池组，防止进一步损坏。

此外，还可以设计一个数据采集电路来保存关于电池组状态和性能的数据。

数据采集电路可以记录电池组的电压、温度等参数，并将这些数据保存在闪存中。

这些数据可以用于之后的分析和优化。

同时，数据采集电路还可以与其他设备通信，通过串口或无线传输方式将数据发送给上位机进行监控与分析。

总结来说，实现串联式锂电池组的锂电池保护板需设计一个能够监测电池组状态、控制充放电过程、保护电池以及记录电池组数据的方案。

通过使用微控制器、保护电路、警报电路和数据采集电路等组件，可以有效保护电池组的安全性和稳定性，延长电池的使用寿命。

专利名称：一种均衡充电的新能源车锂电池保护板专利类型：实用新型专利
发明人：余秀兰
申请号：CN202122686973.3
申请日：20211104
公开号：CN216389599U
公开日：
20220426
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种均衡充电的新能源车锂电池保护板，包括固定安装板，所述固定安装板内设有隔离框架，所述隔离框架的两侧均设有锂电池主体，所述锂电池主体远离隔离框架的一侧设有限位压紧机构，所述固定安装板上设有与固定安装板活动铰接的锂电池保护盖板。

该用于均衡充电的新能源车锂电池保护板通过PVC隔离中空柱可在固定安装板受力时，能够有效的配合若干个支架板材和PVC隔离中空柱分散压力，并可有效的增强固定安装板受力的均匀性，以及可通过PVC隔离中空柱用于为隔离框架提供支撑；通过支架板材在隔离框架的内部构建出的梯形结构可以加强固定安装板的抗压强度，从而能够有效的增强整个固定安装板结构的稳定性。

申请人：深圳市博志新能源有限公司
地址：518000 广东省深圳市龙华区民治街道白石龙社区白石龙二区皇嘉商务中心B1515
国籍：CN
代理机构：深圳市成为知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：王艳
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一种锂电池组均衡充电保护板设计
夏鲲;季诺;曹斯佳
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2010(40)12
【摘要】采用单节锂电池保护芯片设计电池保护板,对任意串联数的成组锂电池进行过充、过放、过流、短路保护,充电过程中实现整组电池均衡充电.在Simulink 环境下,用逻辑模块和延时模块等模拟了保护芯片工作的逻辑,实现了整个保护电路工作情况的仿真.实验和工业应用结果表明,该均充保护系统具有应用灵活、稳定可靠等优点,均衡充电误差小于50 mV.
【总页数】5页(P68-72)
【作者】夏鲲;季诺;曹斯佳
【作者单位】上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093
【正文语种】中文
【中图分类】TM92
【相关文献】
1.一种锂电池组无损均衡管理系统设计 [J], 许爽;孙冬;柳钦煌
2.一种锂电池组动态调整型主动均衡方法研究与设计 [J], 夏斌
3.一种新型矿用锂电池组均衡模块的设计 [J], 汪渭滨
4.一种锂电池组均衡管理方案设计 [J], 张友近
5.一种锂电池组主动均衡充电保护电路的设计 [J], 胡新福;张源峰;林金亮
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