鋰電池保護板設計檢修

由于鋰電池自身客觀(guān)缺點(diǎn)妨礙了使用功能，鋰電池保護板的功能就是彌補鋰電池的部分缺點(diǎn)存在的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電，因此需要電池保護板來(lái)預防保護。

 鋰電池保護板設計作用包括以下幾點(diǎn)：

 1、過(guò)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r(shí)VDD-VSS間電壓。

 2、過(guò)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r(shí)VDD-VSS間電壓。

 3、過(guò)放電檢出電壓：通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。

 4、過(guò)放電解除電壓：在過(guò)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(shí)VDD-VSS間電壓。

 5、過(guò)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r(shí)VM-VSS間電壓。

 6、過(guò)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r(shí)VM-VSS間電壓。

 7、負載短路檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM以OV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r(shí)VM-VSS間電壓。

 8、充電器檢出電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，VM以OV逐漸下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。

 9、通常工作時(shí)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(shí)消耗電流。

 10、過(guò)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(guò)流放電消耗電流。

 鋰電池保護板檢修原理

 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都處于導通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μA級，通常小于7μA。

 2、過(guò)充電保護 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(zhù)充電過(guò)程，電壓會(huì )上升到4.2V(根據正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉為恒壓充電，直至電流越來(lái)越小。電池在被充電過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì )使電池電壓超過(guò)4.2V后繼續恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì )繼續上升，當電池電壓被充電至超過(guò)4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應將加劇，會(huì )導致電池損壞或出現安全問(wèn)題。在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“CO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V2由導通轉為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無(wú)法再對電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護作用。而此時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過(guò)該二極管對外部負載進(jìn)行放電。在控制IC檢測到電池電壓超過(guò)4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(cháng)短由C3決定，通常設為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

 3、短路保護 電池在對負載放電過(guò)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則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V1由導通轉為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用。短路保護的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護類(lèi)似，只是判斷方法不同，保護延時(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(zhù)開(kāi)關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負載之間，因此它的導通阻抗對電池的性能有影響，當選用的MOSFET較好時(shí)，其導通阻抗很小，電池包的內阻就小，帶載能力也強，在放電時(shí)其消耗的電能也少。

 4、過(guò)電流保護 由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠(chǎng)家規定了其放電電流最大不能超過(guò)2C(C=電池容量/小時(shí))，當電池超過(guò)2C電流放電時(shí)，將會(huì )導致電池的永久性損壞或出現安全問(wèn)題。電池在對負載正常放電過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導通阻抗，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導通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進(jìn)行檢測，若負載因某種原因導致異常，使回路電流增大，當回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V1由導通轉為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過(guò)電流保護作用。在控制IC檢測到過(guò)電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(cháng)短由C3決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。在上述控制過(guò)程中可知，其過(guò)電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導通阻抗，當MOSFET導通阻抗越大時(shí)，對同樣的控制IC，其過(guò)電流保護值越小。

 5、過(guò)放電保護 電池在對外部負載放電過(guò)程中，其電壓會(huì )隨著(zhù)放電過(guò)程逐漸降低，當電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續對負載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過(guò)程中，當控制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”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V1由導通轉為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池無(wú)法再對負載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護作用。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(guò)該二極管對電池進(jìn)行充電。由于在過(guò)放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會(huì )進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護電路耗電會(huì )小于0.1μA。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(cháng)短由C3決定，通常設為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷. 鋰電池保護板設計功能要求 鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準確的監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。 普通鋰電池保護板通常包括控制IC、MOS開(kāi)關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開(kāi)關(guān)導通，使電芯與外電路導通，而當電芯電壓或回路電流超過(guò)規定值時(shí)，它立刻控制MOS開(kāi)關(guān)關(guān)斷，保護電芯的安全。 在保護板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss，VM為低電平，DO、CO為高電平，當Vdd，Vss，VM任何一項參數變換時(shí)，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。