鋰電池保護(hù)板原理詳細(xì)分析

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】鋰電池保護(hù)板原理詳細(xì)分析鋰電池（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(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。鋰電池保護(hù)電路

由于鋰電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部開展電能與化學(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)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題，因此所有的鋰電池都需要一個(gè)保護(hù)電路，用于對(duì)電池的充、放電狀態(tài)開展有效監(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

下列圖為一個(gè)典型的鋰電池保護(hù)電路原理圖。

如上圖所示，該保護(hù)回路由兩個(gè)ＭＯＳＦＥＴ（Ｖ１、Ｖ２）和一個(gè)控制ＩＣ（Ｎ１）外加一些阻容元件構(gòu)成?？刂疲桑秘?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，Ｃ３為延時(shí)電容，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：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)，電池可以自由地開展充電和放電，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。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。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制ＩＣ檢測(cè)到電池電壓到達(dá)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?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)電池開展充電，起到過充電保護(hù)作用。而此時(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)載開展放電。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，該延時(shí)時(shí)間的長短由Ｃ３決定，通常設(shè)為１秒左右，以防止因干擾而造成誤判斷。３、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Ｖ１由?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。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。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)該電壓值開展檢測(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)榱汶妷海梗郑庇蓪?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)間的長短由Ｃ３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、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?，使Ｖ１由?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)載開展放電，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)電池開展充電。由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不