在本文中，我們將了解3S 6A鋰電池管理系統(tǒng)(BMS)的功能和工作原理，并檢查該模塊的組件和電路。此外，我們通過(guò)從PCB上移除所有組件并使用萬(wàn)用表測(cè)量所有PCB走線，完成了模塊的完整反向工程。為了測(cè)試BMS和電路，我們建立了一個(gè)電池組，我們將用它對(duì)電池組進(jìn)行充放電。

基于JW3313S的3S 6A BMS模塊提供的保護(hù)功能

BMS是任何電池組必不可少的組件，不僅因?yàn)樗梢员Ｗo(hù)電池免受過(guò)充和過(guò)放電的影響，而且還可以通過(guò)保護(hù)電池組免受任何潛在危害來(lái)延長(zhǎng)電池的使用壽命。為此，我們使用了一個(gè)裝有JW3313S電池保護(hù)IC的3S， 6A電池組。電池管理系統(tǒng)中可用的保護(hù)功能如下所示。

?超載檢測(cè)

?過(guò)放電檢測(cè)

?短路檢測(cè)電壓

過(guò)度充電條件:

當(dāng)鋰電池充電超過(guò)安全充電電壓時(shí)，電池會(huì)急劇升溫，影響電池的健康，降低電池的壽命周期和載流能力。為了保護(hù)電池免受這些類型的條件，一個(gè)好的電池管理系統(tǒng)必須內(nèi)置過(guò)壓，對(duì)于JW3313S IC來(lái)說(shuō)，這也不例外。在我們的測(cè)試中，電池組的充電幾乎在12.75V時(shí)切斷，每個(gè)電池的充電電壓為4.25V。

過(guò)放電情況：

過(guò)放電保護(hù)也是如此。當(dāng)電池電壓低于一定閾值時(shí)，鋰電池受到影響，電池的壽命周期縮短。為了防止這種情況發(fā)生，每個(gè)BMS都應(yīng)該有過(guò)放電保護(hù)，這個(gè)IC也不例外。在我們的測(cè)試中，每個(gè)電池的電池電壓低至2.7V，然后保護(hù)功能啟動(dòng)并切斷輸出。

短路情況：

BMS中的過(guò)流保護(hù)是必要的，可以保護(hù)電池免受大電流負(fù)載或短路情況的影響。當(dāng)短路情況發(fā)生時(shí)，電流消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池組的最大額定電流。這種情況會(huì)影響細(xì)胞的健康，甚至對(duì)細(xì)胞造成損害，導(dǎo)致火災(zāi)。這也是為什么有一個(gè)過(guò)流和短路保護(hù)內(nèi)置到芯片。

注意：請(qǐng)注意，除了所有的保護(hù)功能外，JW3313S還具有遲滯特性。當(dāng)過(guò)充保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，電池?cái)嚅_(kāi)并停止對(duì)電池充電。這導(dǎo)致電池電壓略低于截止電壓?，F(xiàn)在電池將再次開(kāi)始充電，這個(gè)過(guò)程將無(wú)限地繼續(xù)下去。添加一些遲滯可以防止這種情況。

3S 6A BMS模塊中使用的組件

在我們查看原理圖之前，下面是構(gòu)建3S 6A BMS模塊所需的組件列表。主板的主控IC是JW3313S保護(hù)IC，是由中國(guó)焦瓦公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的8引腳IC。在電路板上，我們有兩個(gè)FL3095K mosfet和一個(gè)0.005R電阻。除此之外，我們還有一些電阻器和電容器，如下圖所示。構(gòu)建此模塊所需的組件列表如下所示。

?JW3313S小功率電池保護(hù)IC -2

?FL3095K mosfet - 2

?1n4148 - 1

?0.1uF電容器- 5

?0.15uF電容器- 1

?1K電阻- 4

?10K電阻- 3

?2M電阻- 1

?1uF電容- 1

3S - 6A BMS模塊電路圖

利用Eagle PCB設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了BMS的原理圖。從下圖可以看出，要理解3S 6A BMS電路的完整電路圖并不難。

如您所見(jiàn)，我們有JW3313S芯片控制設(shè)備的所有操作。如果你仔細(xì)觀察這個(gè)模塊，你會(huì)看到P+和B+的連接端子是分開(kāi)的。在單板上，“P+”代表電源正輸入輸出，“B+”代表電池包正輸入。在PCB中，這兩個(gè)端子相互連接，因此我們將連接命名為P+B+。接下來(lái)，我們有IC的CO和DO引腳，它們是IC的引腳8和7，它們控制兩個(gè)mosfet。當(dāng)過(guò)充條件發(fā)生時(shí)CO變高。當(dāng)過(guò)放電情況發(fā)生時(shí)，DO變高。接下來(lái)是IC的引腳6，在原理圖中標(biāo)記為VM，并且使用該引腳，IC設(shè)置設(shè)備的過(guò)流保護(hù)。該IC的設(shè)計(jì)使其可以使用Mosfet的內(nèi)阻來(lái)檢測(cè)電流，但在這種情況下，您可以看到制造商使用單獨(dú)的電流分流器，因?yàn)樗麄兪褂镁哂懈邇?nèi)阻的Mosfet。器件的引腳1為給IC供電的電源引腳，引腳2、3、4為BMS模塊的單獨(dú)檢測(cè)引腳，引腳5為模塊的接地引腳。除此之外，還有一些電阻和電容器用于過(guò)濾和限流。

BMS與電池組的連接-電解原理圖

BMS模塊有4個(gè)端子，將連接到電池組的四個(gè)不同點(diǎn)。這樣，BMS模塊可以分別監(jiān)控三個(gè)單獨(dú)的電池，并保護(hù)它們免受過(guò)充或過(guò)放電。BMS的原理圖如下所示。

BMS就像三個(gè)單獨(dú)的保護(hù)模塊，用于三個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞，但它是一個(gè)集成所有功能的單一IC，使BMS能夠提供高達(dá)6安培的周期性電流。

3S6A BMS模塊過(guò)壓、欠壓和短路測(cè)試

讓我們測(cè)試一下BMS，看看BMS模塊是否像數(shù)據(jù)表中宣傳的那樣工作。我們使用的是3S 6A BMS模塊，該模塊使用JW3313S電池保護(hù)IC，該IC由中國(guó)制造商Joultech設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。您可以查看Joulwatt網(wǎng)站了解有關(guān)IC的更多信息。

過(guò)壓保護(hù)試驗(yàn)：

我們將電池組按3S配置開(kāi)始測(cè)試，并以600mA恒流開(kāi)始充電。

根據(jù)數(shù)據(jù)表，充電過(guò)程應(yīng)該在電池組電壓達(dá)到13.125V時(shí)停止，即4.375V/Cell，但令我們驚訝的是，電池過(guò)度充電并開(kāi)始升溫，然后我們停止了充電。我們不知道這是否是我們的BMS板的問(wèn)題。我們用一個(gè)新模塊重復(fù)了我們的測(cè)試，但結(jié)果完全一樣。你可以在上面的gif中看到測(cè)試過(guò)程。

欠壓保護(hù)試驗(yàn)：

當(dāng)電池組充滿電時(shí)(在我們的例子中是過(guò)充)，我們開(kāi)始欠壓保護(hù)測(cè)試。

正如您在上圖中所看到的，對(duì)于欠壓測(cè)試，我們已經(jīng)從電池座中取出一個(gè)電池，并用我們的穩(wěn)壓電源(RPS)替換它?，F(xiàn)在我們正在降低電壓，正如您從上面的gif中看到的那樣，BMS切斷了低于2.8V的負(fù)載，這意味著有兩個(gè)保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)工作。首先，BMS監(jiān)測(cè)電池組電壓，其次，BMS監(jiān)測(cè)單個(gè)電池電壓。如果任何一個(gè)電池?fù)p壞，BMS就會(huì)切斷電源。

短路保護(hù)試驗(yàn)：

當(dāng)過(guò)壓和欠壓保護(hù)測(cè)試完成后，我們需要檢查BMS是否能夠保護(hù)電池組免受短路和過(guò)載的情況。

為此，我們將萬(wàn)用表與BMS模塊的輸出連接起來(lái)，正如您所看到的，當(dāng)我們用萬(wàn)用表探頭短路模塊的輸出時(shí)，電壓變?yōu)榱?，您看不到任何著火的東西。這表明短路安全機(jī)制工作正常。

結(jié)論

3S 6A BMS模塊是一種經(jīng)濟(jì)高效的模塊，可保護(hù)鋰離子電池或鋰離子電池免受損壞。6A的功率容量使該設(shè)備非常通用，因?yàn)樵撛O(shè)備不僅可以用于三個(gè)串聯(lián)電池組，還可以用于制造三個(gè)串聯(lián)和兩個(gè)并聯(lián)電池組，可以用于許多項(xiàng)目。

本文編譯自circuitdigest