锂电池保护板的原理及如何配置

 保护板是锂电池系统中非常关键的一个部件，在电动汽车电池中，我们所说的电池管理系统（BMS）其实就是保护板的终极升级版，如果没有保护板，那么这个电池可能充放电一两次就坏了。不过在使用铅酸电池的电动车中，是没有保护板的。

今天，我们主要跟大家讲一下为何锂电池需要保护板，保护板有哪些类别，如何配置保护板的参数。

为何锂电池需要保护板，而铅酸电池不需要保护板？

锂电池能量密度高，电池内部化学物质活性强。当电芯出现过充、过放等非正常使用时，极有可能出现电池损坏，极端情况下，还会导致起火和爆炸。因此，锂电池需要有一套监控系统，随时监控锂电池的电压，电流等参数，一旦超过事先设定的阈值，则直接关断电池主回路。

按照惯例，要了解和熟悉保护板，我们先对保护板进行一个分类。

1、按照是否能够编写程序分为硬件板与软件版；

2、按照充电和放电是同一个输出口还是两个不同输出口分为同口保护板与分口保护板。

而实际使用中，最常见的分类方法是按照保护板所适配的锂电池串数、电芯类型和持续放电大小来分的。

硬件板与软件板

所谓硬件板，就是保护板上没有可以进行编程的芯片，只是按照特定的线路进行连接，保护板的参数是固定的。这一类保护板一般成本较低，功能简单，很难实现逻辑上的特殊控制要求。而软件板则是在硬件板的基础上，加了可以编程的芯片，因此这类保护板除了实现基本功能以外，还能实现很多特殊功能，只需要通过修改程序和添加外设，比如远程引爆车辆中的锂电池。

分口与同口保护板

保护板为了实现保护电池的功能，必须要能够主动切断电池主回路。因此，在电池包内部，电池的主回路是要经过保护板的。为了对充电和放电都进行控制，保护板必须有两个开关，分别控制充电和放电回路。在同口保护板中，这两个开关串在一条线上，接到电池包外部，充电和放电都经过此线。而在分口保护板中，电池分出两根线，分别接充电开关和放电开关，再接到电池外部。

之所以会出现同口和分口保护板，是为了降低成本：一般电动车锂电池包的充电电流要比放电电流小，如果两个开关串到一条线上，那么两个开关就得按照大的买。而分口的话，充电电流小，就可以用一个更小的开关。这里说的开关，其实就是MOSFET，是锂电保护板的主要成本。

按照串数和持续放电电流大小来分

串数比较好理解，常见的7串（三元24v），13串（三元48v），17串（三元60v），20串（三元72v）。保护板需要采集每一串电芯的电压，因此串数不同，保护板是不同的。而电流大小，就是决定了如上所说开关的大小（MOS数量），对价格的影响很大。

最后是按电芯材料来分

不同的电芯材料，放电截止电压和充电截止电压是不一样的。因此，所使用的保护板也是不一样的，最常见的就是三元保护板和磷酸铁锂保护板，一般三元电芯电压范围为2.7-4.2v，而磷酸铁锂则是2.5-3.6v。

在为电池包配置保护板时，一定要选择参数相匹配的保护板，既要和电池的参数相配，也要和目标用电器的参数相匹配。用电器的参数，以电动车为例，就是要和电动车的控制器相匹配。那如何选择保护板呢？

电芯类型要选对

磷酸铁锂和三元等不同的电芯种类，保护板是不能搭配使用的，电芯和保护板要一致。除此之外，保护板的保护参数也应该和用电器的功率匹配。

那保护板的参数如何选择呢？锂电池过充过放都可能导致意外情况的发生。因此，在电池包内部，保护板需要监控每一串电芯的电压，所有电芯中只要有一串电压低于或者高于设定电压，保护板就需要进行保护。这个地方就出现了我们保护板关键的一组参数，充电截止电压和放电截止电压。保护板在检测时为了避免干扰，确保数据准确，一般都有延时，不会在检测到以后立即就保护，因此又有一组充电保护延时和放电保护延时参数。另外，当保护板保护以后，如果异常情况消失，保护板还应该恢复正常。

除了这些基本功能以外，为了适应不同的应用场景个需求，保护板还有其他的附加功能（如均衡），特别是带软件的保护板中，功能更加丰富，比如蓝牙、wifi、GPS、串口、CAN等应有尽有。