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3串及10串锂电池保护板电路简析(2025年整理封帖)

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发表于 2025-12-23 19:56:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
2025年转眼就要过去了,我们已经站在了2025年的门槛上,时间如白驹过隙,真是令人感慨万千。剩下11天就进入2026年了,翻了翻相册,还有一些之前零零散散的照片,整理整理完成2025年这最后一帖,给自己一个安慰。

整理成三部分:
一、10串锂电池包的拆解;
二、3串锂电池包保护板电路的分析;
三、10串锂电池包保护板的电路缺陷。



一、拆一个10串锂电池包

这是同事的一个HY-10S1P电动平衡车锂电池上的36V电池包(Heyi合一新能源锂电池),很久没用了,充不进电了。



估计是电池饿死了,拆



10串电池,有些看起来不妙







电池信息 SLNY18650



保护板,好像很复杂,板号TD-HY-001 10S V1.0



拆开焊接点



保护板背面



电池



随手测量几节



拆散电池



基本都不能用了



没有锈坏的也不行了,容量只有600mAh左右,内阻60-120毫欧了。



同事不修了,准备买新的,这能留下的也只有保护板了,看了下保护板,原来是由DW01组成的

主要元件



对元件进行编号



抄下电路图


这个电路元件虽多,但不是想像的那么复杂,先看后面3串电池的保护电路,回过头来再看这个电路就简单多了。




二、3串锂电池包的保护电路

分两种,一是分立元件组成的;二是集成电路的。

(一)分立元件组成的3S锂电保护板

这个板子以前发过,其阉割了均流充电功能,只完成了保护。



核心是三个DW01分别对三个电池进行过放、过充保护,



电池组的过流保护使用其中一个DW01来完成。过温保护没有使用。

标上元件号:



抄好电路:



具体电路:


Q1、Q2、Q3在电路中是“或”的关系,Q4、Q5、Q6也是“或”的关系。


1、正常工作
放电工作时:
当每个电芯电压在2.4V~4.3V之间时,每个DW01的①、③脚均输出高电平(等于自身的供电电压),U1的②脚电压<0.15V。
此时两只N沟道场效应管Q10、Q11均处于导通状态,电池组的负极B-与保护电路的P-端相当于直接连通,保护电路有电压输出,
其电流回路如下:B+→P+→负载→P-→Q11(内部二极管)→Q10(DS端)→B-。

充电时:
给电路的P+与P-端间加上充电电压,三个DW01的VCC端检测到充电电压后,便立即从各自③脚输出高电平,
Q4、Q5、Q6均截止,Q8截止,Q11导通,即电池组的B-与P-通,充电器对电芯充电,其电流回路如下:充电器正极→P+→B+→B2→B3→B-Q10(内部二极管)→Q11(DS端)→P-→充电器负极。


2、过充保护
随着充电时间的增加,每个电芯两端的电压将逐渐升高,当某电芯电压升高到4.3V(DW01的过充保护电压)时,DW01将判断电芯已处于过充电状态,便立即使其③脚电压降为0V, Q4、Q5、Q6其中有一个导通,Q8变为导通,Q11截止,此时电池组的B-极与电路的P-端之间处于断开状态并保持,即电芯的充电回路被切断,停止充电。
当保护电路的P+与P-端接上放电负载后,虽然Q11截止,但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同,所以仍可对负载放电。
当过压的电芯两端电压低于4.1V(DW01过充保护释放电压)时,保护的DW01将退出过充电保护状态,其③脚重新输出高电平,Q4、Q5、Q6中导通的变为截止,Q8截止,Q11导通,即电池组的B-端与电路P-端又重新接上,电芯又能进行正常的充放电。

3、过放保护
在电池组对负载进行放电时,每个电芯两端的电压将慢慢降低,这时DW01的VCC端实时监测电芯电压,当某电芯电压下降到2.4V(DW01的过放保护电压)时,DW01认为电芯已处于过放电状态,其①脚电压变为0, Q1、Q2、Q3其中有一个导通,Q7变为导通,Q10截止,此时电池组的B-极与电路的P-端之间处于断开状态,即电池组的放电回路被切断,停止放电。
进入过放电保护状态后,单个电芯电压会上升,(或进行充电)若能上升到DW01的门限电压3.0V(过放保护恢复电压),DW0的①脚恢复输出高电平,Q7会导通,Q10再次导通。


4、过流保护
是由U1完成的。R16是电流采样电阻,DW01的CS(电流检测输入)脚电压超过0.15V(放电过流检测电压)时,①脚电压变为0,Q1导通,Q7导通,Q10截止,放电停止。
板上元件参数的过流值为0.15/0.01=15(A)。

5、放电保护自锁
Q9与Q7有点像,都是控制Q10的通断。正常工作时,Q9是截止状态。
当放电保护动作发生时,Q7导通,Q10截止,其DS间的电压通过R24、R25分压使Q9导通。
而当保护解除后Q7变为截止时,由于Q9的导通使Q10截止保持状态,这时必须断开负载或短路B-与P-,才能使保护板正常输出。
这个电路看明白了,前面那个的10串电路就好弄清了。


(二)由专用集成电路完成的3串锂电池保护电路

这是一个便携式气泵上拆下来的3串锂电池包的保护电路板,



背面



主要元件





核心使用了集成电路CM1033,CM1033-ZS 是一款专用于3串锂电池的保护芯片,实现电池过充电、过放电、放电过流、短路、充电过流等保护功能。



典型的同口无检流电阻方案



这个保护板的电路如下



1、过充电状态:
任意一个电池电压上升到过充电保护电压(VOC)以上并持续一段时间,超过充电保护延时时间(TOC),CO 端子的输出就会反转,将充电控制 MOS 管关断,停止充电,这称为过充电状态。
所有电池电压降低到过充电解除电压(VOCR)以下并持续一段时间,过充电状态解除,恢复为正常状态。
若此时连接负载,当所有电池电压降低到过充电保护电压以下时,过充电状态解除,恢复为正常状态,此功能称作负载检测功能。

2、过放电状态:
任意一个电池电压降低到过放电保护电压(VOD)以下并持续一段时间,超过放电保护延时(TOD), DO 端子的输出就会反转,将放电控制 MOS 管关断,停止放电,这称为过放电状态。
所有电池电压上升到过放电解除电压以上并持续一段时间,过放电状态解除,恢复为正常状态。若此时连接充电器(VM<充电过流保护电压VCHA),当所有电池电压上升到过放电保护电压(VOD)以上时,过放电状态解除,恢复为正常状态,此功能称作充电器检测功能。


3、放电过流状态:
电池处于放电状态时,VIN 端电压随着放电电流的增大而增大,
当 VIN 端电压高于放电过流保护电压1(VEC1)并持续一段时间,超过放电过流保护保护延时(TEC1),芯片认为出现了放电过流1;
当 VIN 端电压高于放电过流保护电压2(VEC2)并持续一段时间,超过放电过流保护保护延时TEC2,芯片认为出现了放电过流2;
当 VIN 端电压高于短路保护电压(VSHORT)并持续一段时间,超过保护延时(TSHORT),芯片认为出现了短路。
上述 3 种状态任意一种状态出现后,DO 端子的输出就会反转,将放电控制 MOS 管关断,停止放电。
进入放电过流保护状态后,断开负载且 VM<3.0V,放电过流保护解除,恢复为正常状态。

4、充电过流状态:
正常工作状态下的电池,在充电过程中,如果 VIN 端子电压低于充电过流保护电压(VCHA),且这种状态持续的时间超过充电过流保护延迟TCHA,将充电控制 MOS 管关断,停止充电,这种状态称为充电过流状态。
进入充电过流保护状态后,如果断开充电器且 VM>充电过流保护电压VCHA,充电过电流状态被解除,恢复为正常状态。

5、断线保护:
正常状态下,若芯片管脚 VC1、VC2、VC3 中任意一根或多根与电芯的连线断开,芯片则检测判断为发生断线状态,强制将 CO、DO 输出电平翻转,同时关断充、放电 MOS,禁止充电与放电,此状态称为断线保护状态。
当断开的连线重新正确连接后,芯片退出断线保护状态。




三、10串锂电池包的分立元件保护电路




与前面的3串分立元件保护板的电路基本一样,就是叠加了7块电池。



功能如下



由电路图可见,基比3串分立元件组成的保护板还不如:
一是少了过流保护功能;
二是从第2块电池到第10块电池,没有了放电保护。
充电保护是由Q1到Q10的“或”对10块电池完成的,放电保护只装配了Q11,只能对第一块电池BAT1检测,其它电池过放不能保护。
没有使用检流电阻也没有使用MOS管的内阻进行电流检测,不能完成过流保护。



电路图的PDF版,下载默认会扣家元
3S锂电池包的分立元件保护板电路图:
10S锂电池包的分立元件保护板电路图:




2025年是双春年。公历平年,共53周,365天。2025是45的平方,成为21世纪的“完美平方年”。
在2025年的尾声,我满怀感激,感谢那些陪伴我一路走来的人,以及那些让我有经历人。
未来,无论如何坎坷,我们将继续前行,共创美好。

在此也感谢数码之家,为有共同爱好的人们撑起快乐之家。
感谢数码的坛友,喜怒哀乐之中有真情。

祝数码之家论坛新的一年会越来越好!
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