鋰電池保護(hù)板原理

1、鋰電池保護(hù)板原理鋰電池（可充型）之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定 了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會跟著一塊精 致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40 C至+85 C的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。普通鋰電池保護(hù)板通常包括控制 IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、 NTC、ID、存儲器等。其中控制IC,在一切正常的情況下控制 MOS開關(guān)導(dǎo)通，

2、使電芯與外 電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。在保護(hù)板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss,VM為低電平，DO、CO為高電平，當(dāng) Vdd,Vss,VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時(shí)，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。1、過充電檢出電壓：在通常狀態(tài)下，Vdd逐漸提升至CO端由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS 間電壓。2、過充電解除電壓：在充電狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至CO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。3、過放電檢出電壓：通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至D。端由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD- VSS 間電壓。4、過放電解除電壓：在過放電狀態(tài)下，Vdd

3、逐漸上升到DO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。5、過電流1檢出電壓：在通常狀態(tài)下， VM逐漸升至DO由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS 間電壓。6、過電流2檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM從OV起以1ms以上4ms以下的速度升到 DO 端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí) VM-VSS間電壓。7、負(fù)載短路檢出電壓：在通常狀態(tài)下， VM以O(shè)V起以1仙S以上50 Hs以下的速度升至DO 端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí) VM-VSS間電壓。8、充電器檢出電壓：在過放電狀態(tài)下，VM以O(shè)V逐漸下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。9、通常工作時(shí)消耗電流：在通常狀態(tài)下，流以 VDD端子的電流（IDD）

4、即為通常工作時(shí)消 耗電流。10、過放電消耗電流：在放電狀態(tài)下，流經(jīng) VDD端子的電流（IDD）即為過流放電消耗 電流。1、通常狀態(tài)：電池電壓在過放電檢出電壓以上(2.75V以上)，過充電檢出電壓以下(4.3V 以下)，VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過電流 /檢出電壓以下(OV)的情況下， IC通過監(jiān)視連接在 VDD-VSS間的電壓差及 VM-VSS間的電壓差而控制 MOS管，DO、CO 端都為高電平，MOS管處導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)可以自由的充電和放電；當(dāng)電池被充電使電壓超過設(shè)定值 VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖剑琓1截 止，充電停止，當(dāng)電池電壓回落至 VCR(

5、3.8-4.1V)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖剑琓1導(dǎo)通充電繼續(xù)， VCR小于VC 一個定值，以防止電流頻繁跳變。過充控制當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值 VD (2.3-2.5V)時(shí)，VD2翻轉(zhuǎn)，以IC內(nèi)部固定的短時(shí)間延時(shí)后，使Dout變?yōu)榈碗娖?，T2截止，放電停止。電旦里此時(shí)充電MOS關(guān)M過放控制-4.25-4. 35V>3. 8-4. IV電量> 過放控制LOAD放電MOS管當(dāng)電路放電電流超過設(shè)定值或輸出被短路時(shí)，過流、短路檢測電路動作關(guān)斷，電流截止。該保護(hù)回路由兩個 MOSFET （T1、T2）和一個控制IC （N1）外加一些阻容元件構(gòu)成?？刂艻C負(fù)責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流， 并控

6、制兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關(guān) 作用，分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷，C2為延時(shí)電容，該電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下：1、正常狀態(tài)在正常狀態(tài)下電路中N1的“COf “DOW都輸出高電壓，兩個 MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)， 電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為hA級，通常小于7心。2、過充電保護(hù)鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會 上升到4.2V（根據(jù)正極材料不同，

7、有的電池要求恒壓值為4.1V）,轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越 來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過 4.2V后繼續(xù)恒流充電， 此時(shí)電池電壓仍會繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過 4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇， 會導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制 IC檢測到電池電壓達(dá)到4.28V （該值由控制IC決定，不 同的IC有不同的值）時(shí)，其“CO即將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海?T1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而 切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于T1自帶的體二極管VD1的存在，電池可以通過該二極管對外部負(fù)載進(jìn)行放電。

8、在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷T1信號之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí) 時(shí)間的長短由C2決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。3、過放電保護(hù)電池在對外部負(fù)載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí),其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過程中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.3V （該值由控制IC決定，不同的IC 有不同的值）時(shí)，其“DO即將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，?T2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了 放電回路，使電池?zé)o法再對負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于T2自帶的體二極管VD2的存在

9、，充電器可以通過該二極管對電池進(jìn)行充電。由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個保護(hù)電路耗電會小于 0.1仙總 在控制IC檢測到電池電壓低于 2.3V至發(fā)出關(guān)斷T2信號之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由 C2決定，通常設(shè) 為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。4、過電流保護(hù)由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C （C=電池容量/小時(shí)），當(dāng)電池超過2C電流放電時(shí)，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。電池在對負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時(shí)，由于MOSFE

10、T的導(dǎo)通阻抗，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U=I*Rds*2, Rds為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“-”腳對該電壓值進(jìn)行檢測，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大?當(dāng)回路電流大到使U>0.1V （該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO即將 由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海?T2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零， 起到過電流保護(hù)作用。在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷 T2信號之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長 短由C2決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對同樣的控制IC,其過電流保護(hù)值越 小。5、短路保護(hù)電池在對負(fù)載放電過程中