鋰電池保護板知識培訓(xùn)

鋰電池保護板知識培訓(xùn)第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四一、電池各種封裝結(jié)構(gòu)簡介保護板電芯電池框PTC銘牌負(fù)極絕緣支架1、框架系列：第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四電芯負(fù)極絕緣支架保護板電池框銘牌方案優(yōu)勢：該方案適用面廣、外形靈活多樣，過程工藝相對簡單；方案不足：不能最大限度的利用電池倉空間；第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四保護板電芯上蓋PTC底殼支架2、打膠系列：第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四底殼打膠支架打膠保護板點焊貼銘牌裝配上蓋方案優(yōu)勢：Ａ、電池空間利用率高，成品尺寸較??；方案不足：A、因該方案公差易產(chǎn)生一定累積；而國產(chǎn)電芯尺寸的公差遠大于進口電芯，該方案一般不適用使用國產(chǎn)電芯方案；第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四保護板3、低壓注塑系列：第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四a、低壓注塑

ｂ、打AB膠

c、包銘牌

方案優(yōu)勢：Ａ、采用AB膠可保證下支架與電芯粘接的強度;Ｂ、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對成品尺寸的影響，保證了成品尺寸精度。方案不足：A、Connector一般使用金手指；B、因進口電芯防爆閥一般在電芯前端，注塑過程需對電芯安全閥作特別保護。第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四銘牌上蓋支架底殼鋁箔電芯保護板4、X-PACK系列：第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四方案優(yōu)勢：該方案適用面廣，過程工藝自動化程度高；適用范圍：適用與使用容量體積比相對較高的大容量聚合物電芯；組件加工機器包鋁箔熱壓包銘牌第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四3、鋰電池的主要性能Batterypack指標(biāo)：1、電池的容量：使用者最容易感受到的一個指標(biāo)，如待機時間、通話時間。2、電池的內(nèi)阻：內(nèi)阻主要是由電芯、MOSFET、PTC或FUSE、鎳帶及導(dǎo)線組成。它反應(yīng)的是動態(tài)電流在相關(guān)內(nèi)阻中的形成的導(dǎo)通壓降。第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四3、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：A.電芯的自放電。B.保護板（主要是保護IC）的自放電。4、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)次數(shù)應(yīng)該要大于400次。5、電池的安全性：

是Batterypack的安全性能。Batterypack的安全性要從電芯、工藝設(shè)計和保護控制設(shè)計等幾方面考慮。6、電池的功能性：除了pack必須的幾個功能外，有的帶電壓調(diào)整、存儲數(shù)據(jù)、帶充電電路、振動等。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四Batterypack參數(shù)：1、充電方式：CC/CV

通常是先恒流，后恒壓。所以在選用充電器時應(yīng)特別注意。采用座式充電器對電池進行充電推薦采用0.3～0.6C電流進行CC充電(保證了電池安全和控制電池的充電總時間)，CV恒壓值定在4.16～4.24，避免過充電對電池造成損傷；2、最大放電電流：1C3、最大充電電流：1C4、放電溫度范圍：-20℃～60℃第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

5、充電溫度范圍：0℃～45℃

電芯通常在低于0℃時，內(nèi)部的活性成分很弱，內(nèi)阻相對會變的比較大。充電的效果是很差，因此不建議放在過低的溫度下充電。過高的溫度下充電對電芯也是不利的。6、最高充電電壓：4.24V7、最低放電電壓：2.75V第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四鋰電池的使用電壓特性：

鋰電池的電壓過高或過低都會造成嚴(yán)重的問題，根據(jù)實際使用情況，劃分幾個區(qū)域，不同的電芯制造商雖然有所區(qū)別但區(qū)別不大：第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四Li-ionBatteryDischargeCurve

放電曲線中，放電時間與放電電壓并不是成線性關(guān)系，放電中3.5v-4.0v在整個放電曲線中是占用時間最長的。小于3.5v后放電的曲線就很陡了。C-Rate:Capacity=1ChExample:Capacity=1000mAh1C=1000mANon-Linearity第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四二、鋰電池保護電路工作原理

由于鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導(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保護電路，用于對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四二、鋰電池保護電路工作原理保護板的功能保護板常見的功能有：過充電保護、過放電保護、短路/過流保護、溫度保護、充電電流/電壓控制等功能。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四保護板的主要元件主要元件主要功能IC命令的發(fā)出者，當(dāng)IC檢測到過充、過放、過流、短路時會發(fā)出命令，讓MOS關(guān)閉，從而切斷整個回路MOS命令的執(zhí)行者，當(dāng)他接收到IC的命令時，會立刻斷開回路。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。FUSE保險絲，與家用的保險絲工作原理相同，當(dāng)電流過大時，會犧牲自己，保護整個回路。缺點：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，其自身的電阻劇增，使得回路阻塞；當(dāng)電流、溫度恢復(fù)時，其阻值會下降，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。缺點：內(nèi)阻大。溫控開關(guān)原理同PTC，目的在于檢測某個元器件的溫度，當(dāng)溫度過高時，會切斷回路，起到保護元器件的作用。運算管理電路主要控制電池的充放電電流，可以實現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四二、鋰電池保護電路工作原理鋰電池保護的主要項目：1、電池過充電保護2、電池過放電保護3、電池過電流保護與短路保護4、一級保護IC失效后的二級PTC或FUSE保護第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四保護ICID電阻電芯熱敏電阻MOSFETPTC或FUSE*上圖是典型的鋰離子保護電路的原理圖，在有些電池中TH及ID是沒有的，PTC及FUSE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。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四IC個引腳功能：VDD是IC電源正極，VSS是電源負(fù)極，VM是過流/短路檢測端，Do是放電保護執(zhí)行端，Co是充電保護執(zhí)行端。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四☆1、過充電壓保護原理§在通常狀態(tài)MOSFET中的Q1、Q2是導(dǎo)通的。從圖中可看到Charger的電流從Batterypack的+端進入，經(jīng)過FUSE到電芯的正級然后從電芯的負(fù)級端輸出，流經(jīng)MOSFET的Q1、Q2,最后從Batterypack的-端輸出。在充電中，保護IC（N1)時時監(jiān)測第5腳（VDD）與第6腳（VSS）之間的端電壓，端電壓的值如果大等于過充電電壓且達到過充電壓的延時時間，保護IC則通過第3腳關(guān)閉Q2，所以當(dāng)Q2被關(guān)閉后，雖然Q2有個體二極管，對于當(dāng)前的電流流向是反向的，整個充電回路被切斷，這時只能放電。過充解除條件是（滿足條件之一）：a.電芯兩端的電壓下降到保護IC的過充恢復(fù)電壓。b.在pack的輸出端加負(fù)載放電（放電到電壓小于過充保護電壓）。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四☆2、過放電壓保護原理§在正常狀態(tài)下N2的Q1、Q2是導(dǎo)通的。當(dāng)在電池的輸出端加負(fù)載時，電流的流相正好與充電的流相是相反的。保護IC（N1)時時監(jiān)測第5腳（VDD）與第6腳（VSS）之間的端電壓，端電壓的值如果小等于過放電電壓且達到過放電壓的延時時間，保護IC則通過第1腳關(guān)閉Q1，所以當(dāng)Q1被關(guān)閉后，雖然Q1有個體二極管，對于當(dāng)前的電流流向是反向的，整個放電回路被切斷，這時只能充電。過放電解除方法是：去除負(fù)載，在pack的正負(fù)端加正相充電電壓，當(dāng)VDD—VSS間的電壓達到過放恢復(fù)電壓值時，N1的DO端會送出高電平重新開通Q1。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四☆3、過電流保護原理§過電流保護指的是過放電流的保護，通常的保護IC至少有兩重過電流保護，過電流1及短路保護，保護IC檢測的是VSS—VM端的電壓值，當(dāng)電壓值達到過電流1或短路保護的閥值且達到相對的延時時間時，保護IC將DO端斷開關(guān)閉Q1,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)載去除，保護IC會自動將DO腳置為高電平導(dǎo)通Q1。第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

過電流1的電壓值一般是0.1V-0.3V之間，根據(jù)不同的保護IC有不同的值，短路檢測的電壓值通常是0.9V—2V，這也是根據(jù)保護IC的不同而不同。這個電壓值是指通過電流流經(jīng)MOSFETQ1,Q2后在上面得到的導(dǎo)通壓降。所以過電流保護的大小與選用的MOSFET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電流值就越小。如：內(nèi)阻為20mΩ的MOSFET，選用的過電流1的值為0.15v的保護IC，那過電流1的保護電流應(yīng)為：0.15v/0.02Ω*2=3.75A。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四以下列舉一個精工的保護IC參數(shù)：（如S-8261ABRMD)主要保護參數(shù)：1、過充電保護電壓：4.275V2、過充電保護恢復(fù)電壓：4.075V3、過放電保護電壓：2.5V4、過放電保護恢復(fù)電壓：2.9V5、過電流1檢測電壓保護值：0.15V6、短路保護電壓：1.2V*建議不采用過充電保護電壓超過4.325V的保護值。過高的電壓安全性不好。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四4其他保護功能FUSE：當(dāng)保護板的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回路，徹底進行保護，但由于進行得太徹底，無法進行自恢復(fù)，從而報廢了整個電池，只有重新更換新的保護板。另外，如果設(shè)計失誤，很可能造成FUSE比IC提前動作，過早的切斷回路。優(yōu)點：內(nèi)阻、體積小缺點：無法自恢復(fù)；熔斷時間控制難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候，自身會自動恢復(fù)，將阻值減小，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。優(yōu)點：可自行恢復(fù)，減少返修缺點：內(nèi)阻、體積大溫度