廣東中學(xué)鋰電保護(hù)物理只PPT

1、負(fù)極枝晶效應(yīng)負(fù)極枝晶效應(yīng)m充電過程中Li+從正極LiCoO2 中脫出，進(jìn)入電解液，在充電器的外電場(chǎng)的作用下向負(fù)極移動(dòng)依次進(jìn)入石墨組成的負(fù)極，并形成LiC化合物，如果充電速度過快，使Li+來不及進(jìn)入負(fù)極柵格，在負(fù)極附近的電解液中就會(huì)聚集Li+，這些靠近碳C負(fù)極的Li+很可能從負(fù)極俘獲一個(gè)電子成為金屬鋰，持續(xù)堆積后形成樹狀晶體，俗稱枝晶。陰魂借子 /info-626/m另外一種是隨著負(fù)極充滿電的程度越高，LiC晶格空間越少，從正極移動(dòng)過來的LI+找到空格的機(jī)會(huì)就越少，如果充電速度不變的話，一樣會(huì)堆積Li+,因此在充電后半段要減小電流。m枝晶長(zhǎng)大會(huì)刺破隔膜，使

2、電芯內(nèi)部形成正負(fù)極短路，所以說充電速度越快越危險(xiǎn)，充電終止電壓越高越危險(xiǎn)，充電時(shí)間越長(zhǎng)也越危險(xiǎn)負(fù)極枝晶效應(yīng)負(fù)極枝晶效應(yīng)陰魂借子 /info-626/鋰電池的使用鋰電池的使用m根據(jù)上述所分析，鋰電池的電壓過高或過低都會(huì)造成嚴(yán)重問題，根據(jù)實(shí)際使用情況大致給鋰電池分了幾個(gè)使用區(qū)間如下：m超過（4.2754.35V）為高壓危險(xiǎn)區(qū)m4.2V4.275V為高壓警戒區(qū)m4.2V（2.53.0V）為正常使用區(qū)m2.3V（2.53.0V）為低壓警戒區(qū)m2.3V以下為低壓危險(xiǎn)區(qū)陰魂借子 /info-626/保護(hù)板的保護(hù)原理一保護(hù)板的保

3、護(hù)原理一1、單節(jié)保護(hù)板原理圖陰魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理二鋰電池的保護(hù)原理二m該保護(hù)回路由兩個(gè)MOSFET (Q1包含兩個(gè)MOSFET)和一個(gè)控制IC（IC1）外加一些阻容元件構(gòu)成。控制IC負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池電壓與回路電流，并控制兩個(gè)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，單節(jié)保護(hù)IC早期的延時(shí)電容外置在保護(hù)IC外圍電路，現(xiàn)在延時(shí)部分均內(nèi)置在保護(hù)IC的內(nèi)部，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 陰魂借子 http:m.//i

4、nfo-626/鋰電池的保護(hù)原理三鋰電池的保護(hù)原理三m1、正常狀態(tài) 在正常狀態(tài)下電路中IC1的“CO”（第3腳）與“DO”（第1腳）腳都輸出高電壓，兩個(gè)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(duì)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A級(jí)，通常小于7A 陰魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理四鋰電池的保護(hù)原理四m2、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(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓

5、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(huì)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(huì)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(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。 陰魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理五鋰電池的保護(hù)原理五m在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測(cè)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”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2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(duì)電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)作用。而此

6、時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。 在控制IC檢測(cè)到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，我們稱為過充保護(hù)延時(shí)，時(shí)間由IC內(nèi)部或外部延時(shí)電容決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 陰魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理六鋰電池的保護(hù)原理六m3、過放電保護(hù) 電池在對(duì)外部負(fù)載放電過程中，其電壓會(huì)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(duì)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(cè)到電池電壓低于2.3V

7、（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1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(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。 陰魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理七鋰電池的保護(hù)原理七m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(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1A。 在控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由I

8、C或外部延時(shí)電容決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 陰魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理八鋰電池的保護(hù)原理八m4、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)，常規(guī)電池將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。 電池在對(duì)負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-”腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測(cè)，若負(fù)載

9、因某種原因?qū)е庐惓＃够芈冯娏髟龃?，?dāng)回路電流大到使U0.15V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1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。 陰魂借子 /info-626/鋰電池保護(hù)原理九鋰電池保護(hù)原理九m在控制IC檢測(cè)到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由IC內(nèi)部或外部延時(shí)電容決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。m注：礦業(yè)用電池要小于10毫秒，因?yàn)榻佑|時(shí)大電流產(chǎn)生的火花能致使瓦斯爆炸！ 在上述控制過程中可知，其過電流

10、檢測(cè)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(duì)同樣的控制IC，其過電流保護(hù)值越小。 陰魂借子 /info-626/m.鋰電池的保護(hù)原理十鋰電池的保護(hù)原理十m5、短路保護(hù) 電池在對(duì)負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。 陰

11、魂借子 /info-626/鋰電池的保護(hù)原理十一鋰電池的保護(hù)原理十一m除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對(duì)電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。 陰魂借子 /info-626/鋰電池保護(hù)原理鋰電池保護(hù)原理PTCPTC的作用的作用m6、關(guān)于PTC,其實(shí)PTC作為電池的第一個(gè)安全機(jī)構(gòu)，當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時(shí)，PTC的阻值隨之上升，因而當(dāng)電池

12、內(nèi)部的溫度過高時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷陰極引線與陰極之間的電路。因?yàn)镹I-MH電池一般在放電期間較為容易產(chǎn)生溫度過高現(xiàn)象，所以NI-MH電池一定要用PTC來做保護(hù)，否則會(huì)引起其他危險(xiǎn)情況！而現(xiàn)在我們所用的LI電池1C以下電流溫度上升比較小，基本上不用PTC，但是有些高端客戶會(huì)增加PTC，來增大電池的安全系數(shù)！陰魂借子 /info-626/鋰電池保護(hù)原理中鋰電池保護(hù)原理中NTCNTC的作用的作用m7、關(guān)于NTC，一般是配合充電器和用電設(shè)備，在檢測(cè)電池溫度過高是來關(guān)斷回路！使整個(gè)回路不在工作。一般來講充電時(shí)電池會(huì)較為容易產(chǎn)生溫度升高，特別是大一點(diǎn)的電池，充電電流較大，

13、還有加裝加裝外殼或其他腔體內(nèi)部，容易積累熱量，那么NTC就顯的極為重要！陰魂借子 /info-626/電池組裝中的串并聯(lián)概念電池組裝中的串并聯(lián)概念1、串聯(lián)的概念即是電壓的累計(jì)，容量保持單體容量。m例如單體電芯為PL383450 3.7V/1000mAh 那么四節(jié)電芯串聯(lián)電壓表現(xiàn)出來就是43.7V14.8V，而容量則保持不變?yōu)?000mAh 整個(gè)電池表現(xiàn)為1000mAh/14.8Vm2、并聯(lián)的概念是容量的累計(jì)，而電壓保持單體的電壓m例如單體電芯為PL383450 3.7V/1000mAh 那么4節(jié)電芯并聯(lián)起來表現(xiàn)出來的就是容量為4000mAh,電壓表現(xiàn)出來

14、的就是3.7V。整個(gè)電池表現(xiàn)為4000mAh/3.7V陰魂借子 /info-626/串聯(lián)連接時(shí)只能是按順序連接，了解轉(zhuǎn)接串聯(lián)連接時(shí)只能是按順序連接，了解轉(zhuǎn)接板或線路板上的相對(duì)電位點(diǎn)，不能混接造板或線路板上的相對(duì)電位點(diǎn)，不能混接造成有相對(duì)壓差的點(diǎn)相連從而造成相互之間成有相對(duì)壓差的點(diǎn)相連從而造成相互之間短路。短路。組裝過程中電芯間的短路注意事項(xiàng)組裝過程中電芯間的短路注意事項(xiàng)陰魂借子 /info-626/多串聯(lián)保護(hù)電路原理多串聯(lián)保護(hù)電路原理陰魂借子 /info-626/m1腳為過充電壓控制腳m2、4、6、12、14、19為空腳，沒有定義。m3腳為過流保護(hù)控制腳m5腳為放電保護(hù)控制腳m7為放電延時(shí)時(shí)間調(diào)解控制腳，通過調(diào)解外部電容來調(diào)解時(shí)間m8腳過流保護(hù)延時(shí)時(shí)間設(shè)定控制腳。通過調(diào)解外部電容來調(diào)解時(shí)間m