保護(hù)板原理及測試技術(shù)課件

保護(hù)板原理及測試技術(shù)1鋰離子電池特性

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、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測，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。

2保護(hù)板的功能

目前鋰電池發(fā)展至今種類很多，主要以電芯的串并聯(lián)方式來設(shè)計(jì)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)、短路/過流保護(hù)、溫度保護(hù)、充電電流/電壓控制等功能。為了更好的發(fā)揮二次鋰離子電芯的優(yōu)勢，保護(hù)板的功能變得非常重要。4保護(hù)板的工作原理單節(jié)保護(hù)板電氣原理圖：4-1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筕2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。在控制IC檢測到電池電壓超過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，以避免因干擾而造成誤判斷。4-2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，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過程中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于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，起到過放電保護(hù)作用。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V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，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。4-4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。4-5其他保護(hù)功能FUSE：當(dāng)保護(hù)板的IC、MOS由于靜電或是其他因素而失效，F(xiàn)USE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，F(xiàn)USE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，無法進(jìn)行自恢復(fù)，從而報(bào)廢了整個(gè)電池，只有重新更換新的保護(hù)板。另外，如果設(shè)計(jì)失誤，很可能造成FUSE比IC提前動(dòng)作，過早的切斷回路。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)阻、體積小缺點(diǎn)：無法自恢復(fù)；熔斷時(shí)間控制難PTC：PTC的主要特性就是可以自恢復(fù)，當(dāng)回路電流過大、溫度過高，其阻值劇增，甚至絕緣。當(dāng)這些異常因素撤銷的時(shí)候，自身會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，將阻值減小，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：可自行恢復(fù)，減少返修缺點(diǎn)：內(nèi)阻、體積大溫度保護(hù)：原理同PTC5保護(hù)板的檢測保護(hù)板是電池的核心組成部分，故對(duì)保護(hù)板的檢測要求是非常嚴(yán)格的，隨著電芯的數(shù)量、保護(hù)板的功能的不同，檢測的項(xiàng)目也不同。具體檢測方法參見《單節(jié)鋰電池保護(hù)板檢測標(biāo)準(zhǔn)》D.TC.S.0002及《兩串保護(hù)板檢測通用方法》。在檢測保護(hù)板之前，應(yīng)了解該板的技術(shù)規(guī)格、要求以及配套電芯方可進(jìn)行測試，避免操作失誤帶來的錯(cuò)誤判定。小結(jié)隨著科技的發(fā)展，手機(jī)的體積越做越小，而隨著這種趨勢，對(duì)鋰離子電池的保護(hù)電路體積的要求也越來越小，在這兩年已出現(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護(hù)IC的產(chǎn)品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的廠家甚至將整個(gè)保護(hù)電路封裝成一顆小尺寸的IC，如M