鋰電池保護(hù)板原理

鋰電池保護(hù)板原理（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)板原理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)境下時刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，即時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)板原理通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件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，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，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，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。ID 存儲器常為單線接口存儲器，ID是Identification 的縮寫即身份識別的意思，存儲電池種類、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。

鋰電池保護(hù)板工作原理

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），當(dāng)電池超過2C電流放電時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題

鋰電池保護(hù)板一般由2大部分組成

1：控制ic，2：mos開關(guān)管 另外還加一些微容和微阻而組成

控制ic 作用是對電池的保護(hù)，如達(dá)到保護(hù)條件就控制mos進(jìn)行斷開或閉合（如電池達(dá)到過充、過放、短路、過流、等保護(hù)條件），其中mos管的作用就是開關(guān)作用，由控制ic開控制。

鋰電池保護(hù)板原理的構(gòu)成

電池組過放保護(hù)功能

串聯(lián)電池組中的任意一只電池的電壓下降到過放檢測電壓并且達(dá)到過放延時時間時，過放保護(hù)功能啟動，切斷放電MOS管，禁止電池組對外輸出電流，保護(hù)電池組安全，鋰電池保護(hù)板原理電路板進(jìn)入休眠狀態(tài)，電路板消耗電流為休眠電流以下，進(jìn)入休眠狀態(tài)的電路只有在連接充電器后，并且電池電壓超過過放恢復(fù)電壓后才能恢復(fù)。

1、電壓保護(hù)能力

過充電保護(hù)：鋰電池保護(hù)板原理必須具有預(yù)防電芯電壓超過預(yù)設(shè)值的能力過放電保護(hù)：保護(hù)板必須具有預(yù)防電芯電壓底于預(yù)設(shè)值的能力。

2、電流能力(過流保護(hù)電流，短路保護(hù)）

鋰電池保護(hù)板原理作為鋰電芯的安全保護(hù)器件,既要在設(shè)備的正常工作電流范圍內(nèi),能可靠工作,又要在當(dāng)電池被意外短路或過流時能迅速動作,使電芯得到保護(hù)。

3、導(dǎo)通電阻

定義：當(dāng)充電電流為500mA時，MOS管的導(dǎo)通阻抗。

由于通訊設(shè)備的工作頻率較高，數(shù)據(jù)傳輸要求誤碼率低，其脈沖串的上升及下降沿陡，故對鋰電池保護(hù)板原理電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因此保護(hù)板的MOS管開關(guān)導(dǎo)通時電阻要小，單節(jié)電芯保護(hù)板通常在<70mΩ，如太大會導(dǎo)致通訊設(shè)備工作不正常，如手機(jī)在通話時突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象。

4、自耗電流

定義：IC工作電壓為3。6V，空載狀態(tài)下，流經(jīng)保護(hù)IC的工作電流，一般極小。

鋰電池保護(hù)板原理的自耗電流直接影響電池的待機(jī)時間，通常規(guī)定保護(hù)板的自耗電流小于10微安。

5、機(jī)械性能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力

保護(hù)板必須能通過國標(biāo)規(guī)定的震動,沖擊試驗(yàn);保護(hù)板在-40到85度能安全工作,能經(jīng)受±15KV的非接觸ESD靜電測試。

鋰電池保護(hù)板原理的主要作用

一般要求在-25℃～85℃時Control(IC)檢測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，在15～30ms內(nèi)（不同控制IC與C-MOS有不同的響應(yīng)時間），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。

在鋰電池保護(hù)板原理正常的情況下，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，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rVDD-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rVDD-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 O端由高電平  變?yōu)榈碗娖綍rVDD- VSS間電壓

4、過放電解除電壓

在過放電狀態(tài)下，Vdd逐漸上升到DO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r 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rVM-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rVM-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rVM-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rVM-VSS間電壓

9、通常工作時消耗電流

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

鋰電池保護(hù)板原理主要零件的功能介紹

R1：基準(zhǔn)供電電阻；與IC內(nèi)部電阻構(gòu)成分壓電路，控制內(nèi)部過充、過放電壓比較器的電平翻轉(zhuǎn)；一般在阻值為330Ω、470Ω比較多；當(dāng)封裝形式（即用標(biāo)準(zhǔn)元件的長和寬來表示元件大小，如0402封裝標(biāo)識此元件的長和寬分別為1.0mm和0.5mm）較大時，會用數(shù)字標(biāo)識其阻值，如貼片電阻上數(shù)字標(biāo)識473， 即表示其阻值為47000Ω即47KΩ（第三位數(shù)表示在前兩位后面加0的位數(shù)）。

R2：過流、短路檢測電阻；通過檢測VM端電壓控制保護(hù)板的電流 ，焊接不良、損壞會造成電池過流 、短路無保護(hù)，一般阻值為1KΩ、2KΩ較多。

R3：ID識別電阻或NTC電阻（前面有介紹）或兩者都有。

總結(jié)：電阻在保護(hù)板中為黑色貼片，用萬用表可測其阻值，當(dāng)封裝較大時其阻值會用數(shù)字表示，表示方法如上所述，當(dāng)然電阻阻值一般都有偏差，每個電阻都有精度規(guī)格，如10KΩ電阻規(guī)格為+/－5％精度則其阻值為9.5KΩ －10.5KΩ范圍內(nèi)都為合格。

C1、C2：由于電容兩端電壓不能突變，起瞬間穩(wěn)壓和濾波作用。總結(jié)：電容在保護(hù)板中為黃色貼片，封裝形式0402較多，也有少數(shù)0603封裝(1.6mm長,0.8mm寬)；用萬用表檢測其阻值一般為無窮大或MΩ級別；電容漏電會產(chǎn)生自耗電大，短路無自恢復(fù)現(xiàn)象。FUSE：普通FUSE或PTC（Positive Temperature Coefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)）；防止不安全大電流和高溫放電的發(fā)生，其中PTC有自恢復(fù)功能。

總結(jié)：FUSE在鋰電池保護(hù)板原理保護(hù)板中一般為白色貼片，LITTE公司提供FUSE會在FUSE上標(biāo)識字符D-T，字符表示意思為FUSE能承受的額定電流，如表示D額定電流為0.25A，S為4A，T為5A等。

U1：控制IC；保護(hù)板所有功能都是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C-MOS執(zhí)行開關(guān)動作來實(shí)現(xiàn)的。

Cout：過充控制端；通過MOS管T2柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。

Dout：過放、過流、短路控制端；通過MOS管T1柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。

VM：過流、短路保護(hù)電壓檢測端；通過檢測VM端的電壓實(shí)現(xiàn)電路的過流、短路保護(hù)

（U（VM）=I*R（MOSFET））

總結(jié)：IC在鋰電池保護(hù)板原理保護(hù)板中一般為6個管腳的封裝形式，其區(qū)別管腳的方法為：在封裝體上標(biāo)識黑點(diǎn)的附近為第1管腳，然后逆時針旋轉(zhuǎn)分別為第2、3、4、5、6管腳；如封裝體上無黑點(diǎn)標(biāo)識，則正看封裝體上字符左下為第1管腳，其余管腳逆時針類推）C-MOS：場效應(yīng)開關(guān)管；保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)者 ；連焊、虛焊、假焊、擊穿時會造成電池?zé)o保護(hù)、無顯示、輸出電壓低等不良現(xiàn)象。

總結(jié)：CMOS在保護(hù)板中一般為8個管腳的封裝形式，它時由兩個MOS管構(gòu)成，相當(dāng)于兩個開關(guān)，分別控制鋰電池保護(hù)板原理過充保護(hù)和過放、過流、短路保護(hù)；其管腳區(qū)分方法和IC一樣。

在鋰電池保護(hù)板原理保護(hù)板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，Dout、Cout為高電平；當(dāng)Vdd、Vss、VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時，Dout或Cout的電平將發(fā)生變化，此時MOSFET執(zhí)行相應(yīng)的動作（開、關(guān)電路），從而實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)和恢復(fù)功能。

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