鋰離子電池保護(hù)板有什么用2021-06-05 08:32
什么是鋰離子電池保護(hù)板
鋰離子電池保護(hù)板是對(duì)串聯(lián)鋰離子電池組的充放電保護(hù)；在充滿電時(shí)能保證各單體電池之間的電壓差異小于設(shè)定值（一般±20mV），實(shí)現(xiàn)電池組各單體電池的均充，有效地改善了串聯(lián)充電方式下的充電效果；同時(shí)檢測(cè)電池組中各個(gè)單體電池的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫狀態(tài)，保護(hù)并延長(zhǎng)電池使用壽命；欠壓保護(hù)使每一單節(jié)電池在放電使用時(shí)防止電池因過(guò)放電而損壞。
成品鋰離子電池組成重要有兩大部分，鋰離子電池芯和保護(hù)板，鋰離子電池芯重要由正極板、隔膜、負(fù)極板、電解液組成；正極板、隔膜、負(fù)極板纏繞或?qū)盈B，包裝，灌注電解液，封裝后即制成電芯，鋰離子電池保護(hù)板的用途很多人都不了解，鋰離子電池保護(hù)板，顧名思義就是保護(hù)鋰離子電池用的，鋰離子電池保護(hù)板的用途是保護(hù)電池不過(guò)放、不過(guò)充、不過(guò)流，還有就是輸出短路保護(hù)。
鋰離子電池保護(hù)板技術(shù)參數(shù)
均衡電流：80mA（VCELL=4.20V時(shí)）
均衡起控點(diǎn)：4.18±0.03V過(guò)充門限：4.25±0.05V（4.30±0.05V可選）
過(guò)放門限：2.90±0.08V（2.40±0.05V可選）
過(guò)放延時(shí)：5mS
過(guò)放釋放：斷開負(fù)載，并且各單體電池電壓均高于過(guò)放門限；
過(guò)流釋放：斷開負(fù)載釋放
過(guò)溫保護(hù)：有接口，需安裝可恢復(fù)性溫度保護(hù)開關(guān)；
工作電流：15A（根據(jù)客戶選擇）
靜態(tài)功耗：《0.5mA
短路保護(hù)功能：能保護(hù)，斷開負(fù)載可自恢復(fù)。
重要功能：過(guò)充保護(hù)功能，過(guò)放保護(hù)功能，短路保護(hù)功能，過(guò)流保護(hù)功能，過(guò)溫保護(hù)功能，均衡保護(hù)功能。
接口含義：該板的充電口與放電口相互獨(dú)立，兩者共正極，B-為連接電池的負(fù)極，C-為充電口的負(fù)極；p-為放電口的負(fù)極；B-、p-、C-焊盤均是過(guò)孔式，焊盤孔直徑均為3mm;電池各充電檢測(cè)接口以DC針座形式輸出。
參數(shù)說(shuō)明：最大工作電流和過(guò)流保護(hù)電流值的配置，單位：A（5/8，8/15，10/20，12/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊過(guò)流值可以按客戶要求定制。
鋰離子電池保護(hù)板原理
鋰離子電池（可充型）之所以要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰離子電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電，因此鋰離子電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。
鋰離子電池的保護(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℃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，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。
普通鋰離子電池保護(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(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，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)放電檢出電壓：通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。
4、過(guò)放電解除電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，Vdd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(guò)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(guò)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1μS以上50μS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(guò)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）即為通常工作時(shí)消耗電流。
10、過(guò)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(guò)流放電消耗電流。
1、通常狀態(tài)：電池電壓在過(guò)放電檢出電壓以上（2.75V以上），過(guò)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(guò)電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，IC通過(guò)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(guò)設(shè)定值VC（4.25-4.35V）后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止，當(dāng)電池電壓回落至VCR（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(gè)定值，以防止電流頻繁跳變。
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。
當(dāng)電路放電電流超過(guò)設(shè)定值或輸出被短路時(shí)，過(guò)流、短路檢測(cè)電路動(dòng)作，使MOS管（T2）關(guān)斷，電流截止。
該保護(hù)回路由兩個(gè)MOSFET（T1、T2）和一個(gè)控制IC（N1）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)用途，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(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)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“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(guò)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(guò)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(lái)越小。
電池在被充電過(guò)程中，假如充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過(guò)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(guò)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(wèn)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)榱汶妷海筎1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無(wú)法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護(hù)用途。而此時(shí)由于T1自帶的體二極管VD1的存在，電池可以通過(guò)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(guò)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，以防止因干擾而造成誤判斷。
3、過(guò)放電保護(hù)
電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電過(guò)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)假如讓電池繼續(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(guò)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?，使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(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護(hù)用途。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(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。
由于在過(guò)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0.1μA。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，以防止因干擾而造成誤判斷。
4、過(guò)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(guò)2C（C=電池容量/小時(shí)），當(dāng)電池超過(guò)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(wèn)題。
電池在對(duì)負(fù)載正常放電過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端出現(xiàn)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(guò)電流保護(hù)用途。
在控制IC檢測(cè)到過(guò)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，以防止因干擾而造成誤判斷。
在上述控制過(guò)程中可知，其過(guò)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(guò)電流保護(hù)值越小。
5、短路保護(hù)
電池在對(duì)負(fù)載放電過(guò)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)用途。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(guò)電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不相同。
鋰離子電池保護(hù)板有什么用途
它是一塊電子電路的控制板，它負(fù)責(zé)監(jiān)控制保護(hù)著電池組里每節(jié)電池的電壓，防止過(guò)放電和過(guò)充電，因?yàn)殡姵亟M有串聯(lián)和并聯(lián)的，某組其中串聯(lián)的電池充電時(shí)電流是相同的，假如幾個(gè)電池的容量不相同，充電時(shí)，當(dāng)一節(jié)充滿時(shí)，其它的還沒(méi)有充滿，假如你再充，那么滿的那節(jié)就過(guò)充電了，所以僅僅簡(jiǎn)單的測(cè)量串聯(lián)電池的總電壓來(lái)反映電池的充滿情況是不正確的。它會(huì)讓不平衡的電池加速損壞。因此要有一塊控制板來(lái)對(duì)每節(jié)電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
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