鋰電池保護(hù)板

一、保護(hù)板的構(gòu)成

鋰電池保護(hù)電路，鋰電池鋰電池保護(hù)板（可充型）之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰電池保護(hù)板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，因此鋰電池鋰電池保護(hù)板鋰電組件總會(huì)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協(xié)同完成，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃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，即時(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。

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NTC、ID存儲(chǔ)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，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立刻（數(shù)十毫秒）控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。NTC是Negative temperaturecoefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時(shí)，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。ID 存儲(chǔ)器常為單線接口存儲(chǔ)器，ID是Identification 的縮寫即身份識(shí)別的意思，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息。可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。

二、鋰電池保護(hù)板的主要作用

鋰電池保護(hù)電路一般要求在-25℃～85℃時(shí)Control(IC)檢測(cè)控制電芯電壓與充放電回路的工作電流、電壓，在一切正常情況下C-MOS開關(guān)管導(dǎo)通，使電芯與保護(hù)電路板處于正常工作狀態(tài)，而當(dāng)電芯電壓或回路中的工作電流超過控制IC中比較電路預(yù)設(shè)值時(shí)，在15～30ms內(nèi)（不同控制IC與C-MOS有不同的響應(yīng)時(shí)間），將CMOS關(guān)斷，即關(guān)閉電芯放電或充電回路，以保證使用者與電芯的安全。

1、正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO”與“DO”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μA級(jí)，通常小于7μA。

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(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，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。

鋰電池保護(hù)板電池在被充電過程中，如果鋰電池保護(hù)板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。

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)?零電壓，使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(duì)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，鋰電池保護(hù)板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T1信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)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(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)鋰電池保護(hù)板電池電壓降至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（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)榱汶妷海?使T2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使鋰電池保護(hù)板電池?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T2自帶的體二極管VD2的存在，充電器可以通 過該二極管對(duì)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，因此要求鋰電池保護(hù)板的消耗電流極小，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0.1μA。 在控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷T2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(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。

鋰電池保護(hù)板在對(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)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?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”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使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(cè)到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷T2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(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。

5、短路保護(hù)

鋰電池保護(hù)板在對(duì)負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U>0.9V（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?，使T2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。

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