如何设计一个简单的4S电池组

在本文中，我们将测试 4s 40A BMS。我们将首先设计一个4s 电池组，然后将BMS与电池组连接，以执行 BMS 的所有功能。由于锂离子电池的高能量密度及其可充电能力，锂离子电池在制造用于不同应用的电池组方面变得极为普遍。但是我们需要连接锂离子电池，以保护电路免受损坏或降低电池寿命，我们需要连接 BMS。在本文中，我们将设计一个简单的 4S 电池组，并将其与4S 40 安培 BMS 电路连接，以制成坚固的电池组。 此外，我们将测试 BMS 的所有保护功能。

这是一个4S 1P电池组，但如果我们需要，我们可以连接更高容量的电池或并联电池。因此，我们可以使用同一个BMS来制作4s 2P电池组或4s 3P电池组等。

该 BMS 共有 3 个变体，标准版、增强版和平衡版。

我们将研究平衡版本。标准版和增强版几乎相似，仅相差 1 个无源元件，这些变体无法主动平衡电池，而平衡版具有用于平衡电池的电路。平衡版本有一个额外的 IC 和能够负载平衡的电阻器。

所有版本与单元的连接完全相同。BMS模块与电芯的连接将在文章后面展示。

BMS模块特点

4s 40Amp BMS 具有改善电池组生命周期所需的高级功能。4s 40A 电池管理系统提供的保护功能包括：

电池平衡

过压保护

短路保护

欠压保护

设计电池组！！

为了测试BMS的特性，我们需要将所有的电芯串联起来制作一个4S电池，并将BMS与这个4S电池连接起来。

为了制作电池组，我们需要一个 4S 40A BMS 模块、4 节锂离子电池、镍带、DC 母桶插孔和电池连接支架。除此之外，我们还将连接一个电压表和一个灯泡以显示电池组的运行情况，这些灯泡将通过开关连接。

BMS 与电池组的连接

BMS模块布局整洁，带有标记，用于将BMS与电池组中的不同位置连接起来。下图显示了我们将如何将单元与 BMS 连接起来。

4S 40Amp BMS模块

4S 40A BMS模块有2个IC，DW01-A和BB3A ，分别负责保护和平衡。BMS 的保护和平衡部分如下图所示。

每个单元的保护参数

电池管理系统的保护功能取决于 DW01 IC 的电气特性。IC所遵循的保护参数如下表所示。

BMS的测试功能

4S 40A具有过压保护、过流保护、短路保护、过放保护、电池平衡等功能。关于这些特征的更多细节在下面的描述中给出。

测试过充电保护

要测试电池组的过充特性，我们首先要对电池组进行充电，使电芯充电超过规定的限值，即过充保护电压4.35V。一旦电池达到 VOCP，电池组就会停止充电。我使用的充电器是提供 18 伏电压的恒压充电器。如下图所示，充电器的电压为 17.91 伏。

下图显示，连接充电器时BMS上的电压为17.92V，表示充电器与BMS连接。

下图显示电池正负极两端的电压为 16.29 伏。

充电器的电压为 17.91V，而电池正负极两端的电压为 16.29 伏（它具有负电压，因为我将万用表的探头连接在相反的端子上）。电压输出的差异是由于BMS通过断开4s电池与BMS输出端的连接，使充电器停止向电芯供电，由此可见BMS的过压保护确实起作用。

测试欠压保护

为了测试欠压保护，我们使用镍铬线耗尽了电池电量。IC DW01 负责保护每个电池免受欠压。因此，只要任何电池的电压低于 2.4V，即过放电保护电压，就会启动欠压保护，并且 BMS 会断开负载。并且直到电池被充电并且电池被充电直到过放电保护电压，即高于3V，BMS不允许任何负载汲取电力从而维持电池的寿命。

电池平衡

由于 BB3A IC，电池平衡是可能的。当 BB3A 引脚 6 的输出引脚向增强型 N-MOSFET 的栅极提供高信号时，MOSFET 通过这个 480 欧姆电阻连接一个低电阻路径，该电阻充当负载电阻并开始耗尽电池电量。

放电速率为：

为了展示它是如何工作的，我们使用万用表来检查 MOSFET 的漏极和源极之间的连通性。当平衡不工作时，N 沟道 MOSFETS 处于闭合状态，连续性测试证明 MOSFETS 已关闭，当电池平衡打开时，MOSFET 让电流流过漏极和源极，从而显示结果连续性测试。

下面的一组图像显示了电池未充电时电池处于不同电位的情况。

电池组充电后，电池平衡开始工作。

从第一张图片可以看出，所有电池都处于不同的电位，而在对电池组充电后，所有电池都处于相似的电位。充电平衡前后的电芯电压对比如下表所示——

短路测试

为了显示短路测试，我打开了灯泡和电压表，当我短接 BMS 正负极端子时，灯泡和电压表都停止工作，直到我关闭所有开关并断开连接所有负载持续了几毫秒，BMS 没有重新打开。

关闭所有连接，然后打开设备后，它再次开始工作，证明 BMS 正在保护电池组免受短路。

左上图显示了从负极端子到电线的火花，表明短路，一旦发生短路，BMS 就会断开电池组的所有负载。

结论

4S 40 Amp BMS 是一个简单易用的模块，具有可延长电池组寿命的高级功能。除了延长使用寿命外，它还可以保护电芯和整个电池组不引起火灾或经历热失控，从而保护电池组和周围环境免受潜在的火灾危险。