鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn)

1、鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn)鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn)一、電池各種封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介保護(hù)板保護(hù)板電芯電芯電池框電池框PTCPTC銘牌銘牌負(fù)極絕緣支架負(fù)極絕緣支架1 1、框架系列：、框架系列：電芯電芯負(fù)極絕緣支架負(fù)極絕緣支架保護(hù)板保護(hù)板電池框電池框銘牌銘牌方案優(yōu)勢(shì)：方案優(yōu)勢(shì)： 該方案適用面廣、外形靈活該方案適用面廣、外形靈活多樣，過程工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；多樣，過程工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；方案不足：方案不足： 不能最大限度的利用電池倉(cāng)不能最大限度的利用電池倉(cāng)空間；空間；保護(hù)板保護(hù)板電芯電芯上蓋上蓋PTCPTC底殼底殼支架支架2 2、打膠系列：、打膠系列：底殼打膠底殼打膠支架打膠支架打膠保護(hù)板點(diǎn)焊保護(hù)板點(diǎn)焊貼銘牌貼銘牌裝配上蓋裝配上蓋

2、方案優(yōu)勢(shì)：方案優(yōu)勢(shì)：、電池空間利用率高，成品尺寸較??；、電池空間利用率高，成品尺寸較??；方案不足：方案不足：A A、因該方案公差易產(chǎn)生一定累積；而國(guó)產(chǎn)電芯尺寸的公差遠(yuǎn)大于進(jìn)口、因該方案公差易產(chǎn)生一定累積；而國(guó)產(chǎn)電芯尺寸的公差遠(yuǎn)大于進(jìn)口 電芯，該方案一般不適用使用國(guó)產(chǎn)電芯方案；電芯，該方案一般不適用使用國(guó)產(chǎn)電芯方案；保護(hù)板保護(hù)板3 3、低壓注塑系列：、低壓注塑系列：a a、低壓注塑、低壓注塑 、打、打ABAB膠膠 c c、包銘牌、包銘牌 方案優(yōu)勢(shì)：方案優(yōu)勢(shì)：、采用、采用ABAB膠可保證下支架與電芯粘接的強(qiáng)度膠可保證下支架與電芯粘接的強(qiáng)度; ;、采用低壓注塑，可有效解決電芯等原材料公差、組裝過程的

3、累積、采用低壓注塑，可有效解決電芯等原材料公差、組裝過程的累積 誤差誤差對(duì)成品對(duì)成品尺寸的影響，保證了成品尺寸精度。尺寸的影響，保證了成品尺寸精度。方案不足：方案不足：A A、ConnectorConnector一般使用金手指；一般使用金手指；B B、因進(jìn)口電芯防爆閥一般在電芯前端，注塑過程需對(duì)電芯安全閥作特別、因進(jìn)口電芯防爆閥一般在電芯前端，注塑過程需對(duì)電芯安全閥作特別保護(hù)。保護(hù)。銘牌銘牌上蓋上蓋支架支架底殼底殼鋁箔鋁箔電芯電芯保護(hù)板保護(hù)板4 4、X-PACKX-PACK系列：系列：方案優(yōu)勢(shì)：方案優(yōu)勢(shì)： 該方案適用面廣，過程工藝該方案適用面廣，過程工藝自動(dòng)化程度高；自動(dòng)化程度高；適用范圍：適

4、用范圍： 適用與使用容量體積比相對(duì)適用與使用容量體積比相對(duì)較高的大容量聚合物電芯；較高的大容量聚合物電芯；組件加工組件加工機(jī)器包鋁箔機(jī)器包鋁箔熱壓熱壓包銘牌包銘牌3、鋰電池的主要性能、鋰電池的主要性能Battery pack指標(biāo)：指標(biāo)：v1、電池的容量：、電池的容量： 使用者最容易感受到的一個(gè)指標(biāo)，如待機(jī)時(shí)使用者最容易感受到的一個(gè)指標(biāo)，如待機(jī)時(shí)間、間、 通話時(shí)間。通話時(shí)間。v2、電池的內(nèi)阻：、電池的內(nèi)阻： 內(nèi)阻主要是由電芯、內(nèi)阻主要是由電芯、MOSFET 、PTC或或FUSE 、鎳帶及導(dǎo)線組成。它反應(yīng)的是動(dòng)態(tài)電流在相關(guān)鎳帶及導(dǎo)線組成。它反應(yīng)的是動(dòng)態(tài)電流在相關(guān)內(nèi)阻中的形成的導(dǎo)通壓降。內(nèi)阻中的形成

5、的導(dǎo)通壓降。v 3、電池的荷電保持能力：、電池的荷電保持能力： 指電池自身放電的大小，自放電由兩部份組成：指電池自身放電的大小，自放電由兩部份組成：A.電電芯的自放電。芯的自放電。B.保護(hù)板（主要是保護(hù)保護(hù)板（主要是保護(hù)IC）的自放電。）的自放電。v 4、電池的循環(huán)壽命：、電池的循環(huán)壽命： 反映的是電芯的充放電循環(huán)次數(shù)，好的電芯的循環(huán)次反映的是電芯的充放電循環(huán)次數(shù)，好的電芯的循環(huán)次數(shù)應(yīng)該要大于數(shù)應(yīng)該要大于400次。次。v 5、電池的安全性：、電池的安全性： 是是Battery pack的安全性能。的安全性能。Battery pack的安全性要的安全性要從電芯、工藝設(shè)計(jì)和保護(hù)控制設(shè)計(jì)等幾方面考慮

6、。從電芯、工藝設(shè)計(jì)和保護(hù)控制設(shè)計(jì)等幾方面考慮。v 6、電池的功能性：、電池的功能性： 除了除了pack必須的幾個(gè)功能外，有的帶電壓調(diào)整、存儲(chǔ)必須的幾個(gè)功能外，有的帶電壓調(diào)整、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、帶充電電路、振動(dòng)等。數(shù)據(jù)、帶充電電路、振動(dòng)等。Battery pack參數(shù)：參數(shù)：1、充電方式：、充電方式：CC/CV 通常是先恒流，后恒壓。所以在選用充電器時(shí)通常是先恒流，后恒壓。所以在選用充電器時(shí)應(yīng)特別注意。應(yīng)特別注意。 采用座式充電器對(duì)電池進(jìn)行充電推薦采用采用座式充電器對(duì)電池進(jìn)行充電推薦采用0.30.6C電流進(jìn)行電流進(jìn)行CC充電充電(保證了電池安全和控制電池保證了電池安全和控制電池的充電總時(shí)間的充電總時(shí)間)

7、，CV恒壓值定在恒壓值定在4.164.24，避免，避免過充電對(duì)電池造成損傷；過充電對(duì)電池造成損傷； 2、最大放電電流：、最大放電電流：1C3、最大充電電流：、最大充電電流：1C4、放電溫度范圍：、放電溫度范圍：-2060 5、充電溫度范圍：、充電溫度范圍：0 45 電芯通常在低于電芯通常在低于0時(shí)，內(nèi)部的活性成分時(shí)，內(nèi)部的活性成分很弱，內(nèi)阻相對(duì)會(huì)變的比較大。充電的很弱，內(nèi)阻相對(duì)會(huì)變的比較大。充電的效果是很差，因此不建議放在過低的溫效果是很差，因此不建議放在過低的溫度下充電。過高的溫度下充電對(duì)電芯也度下充電。過高的溫度下充電對(duì)電芯也是不利的。是不利的。6、最高充電電壓：、最高充電電壓：4.24V

8、7、最低放電電壓：、最低放電電壓：2.75V 鋰電池的使用電壓特性：鋰電池的使用電壓特性： 鋰電池的電壓過高或過低都會(huì)造成嚴(yán)重的問題，鋰電池的電壓過高或過低都會(huì)造成嚴(yán)重的問題，根據(jù)實(shí)際使用情況，劃分幾個(gè)區(qū)域，不同的電芯根據(jù)實(shí)際使用情況，劃分幾個(gè)區(qū)域，不同的電芯制造商雖然有所區(qū)別但區(qū)別不大：制造商雖然有所區(qū)別但區(qū)別不大：Li-ion Battery Discharge Curve 放電曲線中，放電時(shí)間與放電電壓并不是成線性關(guān)系，放電中放電曲線中，放電時(shí)間與放電電壓并不是成線性關(guān)系，放電中3.5v-4.0v在整個(gè)放電曲在整個(gè)放電曲線中是占用時(shí)間最長(zhǎng)的。小于線中是占用時(shí)間最長(zhǎng)的。小于3.5v后放電的

9、曲線就很陡了。后放電的曲線就很陡了。C-Rate: Capacity = 1ChExample: Capacity = 1000mAh 1C = 1000mANon-Linearity二、二、鋰電池保護(hù)電路工作原理鋰電池保護(hù)電路工作原理 由于鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過程由于鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對(duì)其過充電、過放電反應(yīng)，但在某些條件下，如對(duì)其過充電、過放電和過電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，該和過電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，該副反應(yīng)加劇后會(huì)嚴(yán)重影響電池的性

10、能與使用壽命副反應(yīng)加劇后會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題，因此所有的鋰離子電大后爆炸而導(dǎo)致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個(gè)保護(hù)電路，用于對(duì)電池的充、放電池都需要一個(gè)保護(hù)電路，用于對(duì)電池的充、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并在某些條件下關(guān)斷充、放狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害。電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害。二、二、鋰電池保護(hù)電路工作原理鋰電池保護(hù)電路工作原理保護(hù)板的功能保護(hù)板的功能保護(hù)板常見的功能有：過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、保護(hù)板常見的功能有：過充電保護(hù)、過

11、放電保護(hù)、短路短路/過流保護(hù)、溫度保護(hù)、充電電流過流保護(hù)、溫度保護(hù)、充電電流/電壓控制等電壓控制等功能。功能。保護(hù)板的主要元件保護(hù)板的主要元件主要元件主要元件主要功能主要功能IC命令的發(fā)出者，當(dāng)命令的發(fā)出者，當(dāng)IC檢測(cè)到檢測(cè)到過充過充、過放過放、過流過流、短路短路時(shí)會(huì)發(fā)出時(shí)會(huì)發(fā)出命令，讓命令，讓MOS關(guān)閉，從而切斷整個(gè)回路關(guān)閉，從而切斷整個(gè)回路MOS命令的執(zhí)行者，當(dāng)他接收到命令的執(zhí)行者，當(dāng)他接收到IC的命令時(shí)，會(huì)立刻斷開回路。其的命令時(shí)，會(huì)立刻斷開回路。其材料為半導(dǎo)體材料，因電位的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。材料為半導(dǎo)體材料，因電位的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。FUSE保險(xiǎn)絲，與家用的保險(xiǎn)絲工作原理相

12、同，當(dāng)電流過大時(shí)，會(huì)犧保險(xiǎn)絲，與家用的保險(xiǎn)絲工作原理相同，當(dāng)電流過大時(shí)，會(huì)犧牲自己，保護(hù)整個(gè)回路。牲自己，保護(hù)整個(gè)回路。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不可恢復(fù)。：不可恢復(fù)。PTC一種高分子導(dǎo)體材料，當(dāng)電流、溫度過大時(shí)，其自身的電阻劇一種高分子導(dǎo)體材料，當(dāng)電流、溫度過大時(shí)，其自身的電阻劇增，使得回路阻塞；當(dāng)電流、溫度恢復(fù)時(shí)，其阻值會(huì)下降，恢增，使得回路阻塞；當(dāng)電流、溫度恢復(fù)時(shí)，其阻值會(huì)下降，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。復(fù)正常工作狀態(tài)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：內(nèi)阻大。內(nèi)阻大。溫控開關(guān)溫控開關(guān)原理同原理同PTC，目的在于檢測(cè)某個(gè)元器件的溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)，目的在于檢測(cè)某個(gè)元器件的溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)切斷回路，起到保護(hù)元器件的作用。會(huì)切斷回

13、路，起到保護(hù)元器件的作用。運(yùn)算管理電路運(yùn)算管理電路主要控制電池的充放電電流，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長(zhǎng)主要控制電池的充放電電流，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長(zhǎng)電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。二、二、鋰電池保護(hù)電路工作原理鋰電池保護(hù)電路工作原理鋰電池保護(hù)的主要項(xiàng)目：鋰電池保護(hù)的主要項(xiàng)目：v1、電池過充電保護(hù)、電池過充電保護(hù)v2、電池過放電保護(hù)、電池過放電保護(hù)v3、電池過電流保護(hù)與短路保護(hù)、電池過電流保護(hù)與短路保護(hù)v4 、一級(jí)保護(hù)、一級(jí)保護(hù)IC失效后的二級(jí)失效后的二級(jí)PTC或或FUSE保護(hù)保護(hù)保護(hù)ICID電阻電芯熱敏電阻MOSFETPTC或FUSE*上圖

14、是典型的鋰離子保護(hù)電路的原理圖，在有些電池中上圖是典型的鋰離子保護(hù)電路的原理圖，在有些電池中TH及及ID是是沒有的，沒有的，PTC及及FUSE是可選的，主要根據(jù)客戶的要求選用。其它的是可選的，主要根據(jù)客戶的要求選用。其它的器件都是必須的。器件都是必須的。IC個(gè)引腳功能：個(gè)引腳功能：VDD是是IC電源正極，電源正極，VSS是電是電源負(fù)極，源負(fù)極，VM是過流是過流/短路檢測(cè)端，短路檢測(cè)端，Do是放電是放電保護(hù)執(zhí)行端，保護(hù)執(zhí)行端，Co是充電保護(hù)執(zhí)行端。是充電保護(hù)執(zhí)行端。 1、過充電壓保護(hù)原理在通常狀態(tài)在通常狀態(tài)MOSFET中的中的Q1 、Q2是導(dǎo)通的。是導(dǎo)通的。從圖中可看到從圖中可看到Charger

15、的電流從的電流從Battery pack的的+端進(jìn)入，經(jīng)過端進(jìn)入，經(jīng)過FUSE到電芯的正級(jí)然后從電芯的負(fù)級(jí)端輸出，流經(jīng)到電芯的正級(jí)然后從電芯的負(fù)級(jí)端輸出，流經(jīng)MOSFET的的Q1 、Q2,最后從最后從Battery pack的的-端輸出。在充電中，保護(hù)端輸出。在充電中，保護(hù)IC（N1)時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)第監(jiān)測(cè)第5腳（腳（VDD）與第）與第6腳（腳（VSS）之間的端電壓，端電壓的值如果大等于過充）之間的端電壓，端電壓的值如果大等于過充電電壓且達(dá)到過充電壓的延時(shí)時(shí)間，保護(hù)電電壓且達(dá)到過充電壓的延時(shí)時(shí)間，保護(hù)IC則通過第則通過第3腳關(guān)閉腳關(guān)閉Q2，所以當(dāng)，所以當(dāng)Q2被關(guān)被關(guān)閉后，雖然閉后，雖然Q2有個(gè)體二

16、極管，對(duì)于當(dāng)前的電流流向是反向的，整個(gè)充電回路被切有個(gè)體二極管，對(duì)于當(dāng)前的電流流向是反向的，整個(gè)充電回路被切斷，這時(shí)只能放電。過充解除條件是（滿足條件之一）：斷，這時(shí)只能放電。過充解除條件是（滿足條件之一）：a.電芯兩端的電壓下降到電芯兩端的電壓下降到保護(hù)保護(hù)IC的過充恢復(fù)電壓。的過充恢復(fù)電壓。b.在在pack的輸出端加負(fù)載放電（放電到電壓小于過充保的輸出端加負(fù)載放電（放電到電壓小于過充保護(hù)電壓）。護(hù)電壓）。 2、過放電壓保護(hù)原理在正常狀態(tài)下在正常狀態(tài)下N2的的Q1 、Q2是導(dǎo)通的。當(dāng)在電池的輸出端加負(fù)載時(shí)，電是導(dǎo)通的。當(dāng)在電池的輸出端加負(fù)載時(shí)，電流的流相正好與充電的流相是相反的。保護(hù)流的流相

17、正好與充電的流相是相反的。保護(hù)IC（N1)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)第時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)第5腳（腳（VDD）與第）與第6腳（腳（VSS）之間的端電壓，端電壓的值如果小等于過放電電）之間的端電壓，端電壓的值如果小等于過放電電壓且達(dá)到過放電壓的延時(shí)時(shí)間，保護(hù)壓且達(dá)到過放電壓的延時(shí)時(shí)間，保護(hù)IC則通過第則通過第1腳關(guān)閉腳關(guān)閉Q1，所以當(dāng)，所以當(dāng)Q1被被關(guān)閉后，雖然關(guān)閉后，雖然Q1有個(gè)體二極管，對(duì)于當(dāng)前的電流流向是反向的，整個(gè)放有個(gè)體二極管，對(duì)于當(dāng)前的電流流向是反向的，整個(gè)放電回路被切斷，這時(shí)只能充電。過放電解除方法是：去除負(fù)載，在電回路被切斷，這時(shí)只能充電。過放電解除方法是：去除負(fù)載，在pack的的正負(fù)端加正相充電電壓，當(dāng)正負(fù)

18、端加正相充電電壓，當(dāng)VDDVSS間的電壓達(dá)到過放恢復(fù)電壓值時(shí)，間的電壓達(dá)到過放恢復(fù)電壓值時(shí)，N1的的DO端會(huì)送出高電平重新開通端會(huì)送出高電平重新開通Q1。 3 、過電流保護(hù)原理過電流保護(hù)指的是過放電流的保護(hù)，通常的保護(hù)過電流保護(hù)指的是過放電流的保護(hù)，通常的保護(hù)IC至少有至少有兩重過電流保護(hù)，過電流兩重過電流保護(hù)，過電流1及短路保護(hù)，保護(hù)及短路保護(hù)，保護(hù)IC檢測(cè)的是檢測(cè)的是VSSVM端的電壓值，當(dāng)電壓值達(dá)到過電流端的電壓值，當(dāng)電壓值達(dá)到過電流1或短路保護(hù)的或短路保護(hù)的閥值且達(dá)到相對(duì)的延時(shí)時(shí)間時(shí)，保護(hù)閥值且達(dá)到相對(duì)的延時(shí)時(shí)間時(shí)，保護(hù)IC將將DO端斷開關(guān)閉端斷開關(guān)閉Q1,使得放電回路切斷。過電流解除

19、的條件是使得放電回路切斷。過電流解除的條件是pack的輸出端的負(fù)的輸出端的負(fù)載去除，保護(hù)載去除，保護(hù)IC會(huì)自動(dòng)將會(huì)自動(dòng)將DO腳置為高電平導(dǎo)通腳置為高電平導(dǎo)通Q1。 過電流過電流1的電壓值一般是的電壓值一般是0.1V-0.3V之間，根據(jù)不之間，根據(jù)不同的保護(hù)同的保護(hù)IC有不同的值，短路檢測(cè)的電壓值通常有不同的值，短路檢測(cè)的電壓值通常是是0.9V2V，這也是根據(jù)保護(hù)，這也是根據(jù)保護(hù)IC的不同而不同。的不同而不同。這個(gè)電壓值是指通過電流流經(jīng)這個(gè)電壓值是指通過電流流經(jīng)MOSFET Q1,Q2后在后在上面得到的導(dǎo)通壓降。所以過電流保護(hù)的大小與上面得到的導(dǎo)通壓降。所以過電流保護(hù)的大小與選用的選用的MOSF

20、ET的導(dǎo)通電阻是有密切關(guān)系的。的導(dǎo)通電阻是有密切關(guān)系的。MOSFET的導(dǎo)通電阻越大反映出的保護(hù)電流值就的導(dǎo)通電阻越大反映出的保護(hù)電流值就越小。如：內(nèi)阻為越小。如：內(nèi)阻為20m的的MOSFET，選用的過電，選用的過電流流1的值為的值為0.15v的保護(hù)的保護(hù)IC，那過電流，那過電流1的保護(hù)電流的保護(hù)電流應(yīng)為：應(yīng)為：0.15v/0.02*2=3.75A。以下列舉一個(gè)精工的保護(hù)以下列舉一個(gè)精工的保護(hù)ICIC參數(shù)：參數(shù)：（如（如S-8261ABRMD)S-8261ABRMD)主要保護(hù)參數(shù)：主要保護(hù)參數(shù)：1 1、過充電保護(hù)電壓：、過充電保護(hù)電壓：4.275V4.275V2 2、過充電保護(hù)恢復(fù)電壓：、過充電

21、保護(hù)恢復(fù)電壓：4.075V4.075V3 3、過放電保護(hù)電壓：、過放電保護(hù)電壓：2.5V2.5V4 4、過放電保護(hù)恢復(fù)電壓：、過放電保護(hù)恢復(fù)電壓：2.9V2.9V5 5、過電流、過電流1 1檢測(cè)電壓保護(hù)值：檢測(cè)電壓保護(hù)值：0.15V0.15V6 6、短路保護(hù)電壓：、短路保護(hù)電壓：1.2V1.2V* *建議不采用過充電保護(hù)電壓超過建議不采用過充電保護(hù)電壓超過4.325V4.325V的保護(hù)值。的保護(hù)值。過高的電壓安全性不好。過高的電壓安全性不好。4其他保護(hù)功能其他保護(hù)功能FUSE：當(dāng)保護(hù)板的當(dāng)保護(hù)板的IC、MOS由于靜電或是其他因素而失效，由于靜電或是其他因素而失效，F(xiàn)USE則起到則起到了至關(guān)重要的作用，在電池短路或者是過流情況下，了至關(guān)重要的作用，在電池短路或者是過流情況下，F(xiàn)USE挺身而出，挺身而出，靠熔斷自己來切斷整個(gè)回路，徹底進(jìn)行保護(hù)，但由于進(jìn)行得太徹底，靠熔斷自己來切斷整個(gè)回路，徹底進(jìn)行保護(hù)，