BMS的一种特殊类型：锂离子电池的保护板

shuizhonghua

这次终于有机会看一下锂离子电池的保护板到底是个什么东东，我也弄到一个比较典型的电池保护板，今天就一起学习一下它的硬件电路设计。



先说一下概念，锂离子电池的保护板可以理解为是一种简化设计的BMS，它完全通过硬件的方案去实现过压、欠压、过流等保护功能，不需要软件控制；板子上面只有简单的阻容、MOS以及控制IC；今天的目的就是一步一步把它的硬件方案弄明白。

今天分析的保护板如下图所示：整个PCBA的尺寸大概为135mm*65mm*7mm，，没有外壳，四个角留有固定的螺钉孔；PCB板厚为1.6mm，应该是两层板，呈红色。



单板的B面没有布置任何器件，这个板子的器件最小封装为0603。



整个单板的功能划分如下：主要分成了四个模块，即连接器输入、均衡、控制以及充放电开关模块。



连接器输入模块

如下图所示，输入的连接器为4PIN，但是这个单板是保护4节电芯的，所以这4个PIN连接的为四节串联电芯的正极，而第一节电芯的负极不在此输入，而在裸露大片铜的负极接线处。



均衡模块

均衡功能模块如下图所示：四节电芯对应四路均衡，均衡电阻为47Ω/1206封装，使用NMOS作为均衡开关。



均衡电路里面主要的器件就是均衡控制开关，来自厂家HYCON，型号为HY2212，内部框图如下所示：它是单节均衡芯片，适用于磷酸铁锂电芯，它通过检测VDD与VSS之间的电压来判断是否需要进行均衡，OUT引脚输出信号来驱动外面的MOS，这个电压阈值是可以选择的。



所以此单板均衡电路如下图所示（来自HYCON官网），R1与C1为滤波使用。



充放电开关

充放电开关采用了16个NMOS实现，其中又分为两组，一组做放电开关，一组做充电开关；而且每组是由8个相同型号的NMOS并联的，但充放电的MOS型号却不一致；我照着丝印找了一下，没找到具体的厂家与型号，但二者都是NMOS。



具体的连接如下：两种NMOS都是放置在电芯负极的，是对顶结构，即两个D极相连，这样体二极管就起到了双向防反的作用；G极都连接到控制芯片的放电开关引脚以及充电开关引脚。



控制模块

整个单板最核心的地方就是这个控制芯片了，这个芯片来自于创芯微，具体型号为CM1041-GS，它不需要烧录程序，完全通过硬件电路来实现过欠压、过流等基本的保护功能。



先看一下这个芯片的功能介绍（下图来自于创芯微官网），CM1041是一款工业级芯片，应用于电动工具等场合，用来给锂离子电池做被动保护的。



CM1041的内部功能框图如下（来自于创芯微官网），它的内部有四路单体电压检测，通过过充过放比较后，将结果输出到逻辑处理单元；同时温度检测、电流检测功能也都是将结果输出到逻辑处理；逻辑处理单元根据各个模块的检测状态来控制外部的充放电开关、整个控制逻辑完全由硬件实现。



此芯片有多种型号选择，不同点在于保护的阈值有差异，以适用不同特性的电芯；此单板使用的型号是CM1041-GS，对应的保护阈值例如过充电为3.65V，过放电阈值为2.32V，所以它适用于磷酸铁锂电芯。



只要控制芯片弄清楚，此单板就简单了，它的整个应用电路就是下图所示（来自于创芯微官网），负极的充放电开关只有电芯电压在阈值范围内才会打开，例如电芯电压小于2.32V，那么放电的MOS就断开，充电的MOS是闭合状态，此时只能做充电，充电时电流先从放电MOS的体二极管流出，等到电芯电压升高到2.58V后，放电MOS才打开。



总结：

我发现国产的芯片厂商起名字都扎堆微字，例如纳芯微、圣邦微、复旦微，还有今天的创芯微，哈哈；以上所有，仅供参考。

hk4835

针对你所提到的锂离子电池保护板，它确实可视为一种特殊类型的BMS（电池管理系统），主要通过硬件实现电池的保护功能。其硬件电路设计精准且复杂，确保了电池的安全运行。今日你提供的保护板尺寸适中，设计简洁，充分考虑了电池过压、欠压、过流等保护需求。其PCB板采用红色，可能意味着使用了特定的材料或工艺以提高导电性能。接下来，我们可以进一步分析其电路构造、元件配置及其具体功能，以全面理解其工作原理。期待你后续的分享，让我们共同学习进步。