分析铁锂电池保护芯片和锂电池保护板均衡工作原理
来源：宝鄂实业
2019-11-11 12:54
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铁锂电池主要由两大块构成，电芯和保护板PCM。电芯主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳构成，而保护板主要由保护芯片（或管理芯片）、MOS管、电阻、电容和PCB板等构成。
铁锂电池保护芯片工作原理
磷酸铁锂电池电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能。只有了解这些基本的保护芯片工作原理，才能更好的设计磷酸铁锂电池组，甚至可以协助品质部分一起分析异常电池或电路。磷酸铁锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。
铁锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC等电流器件协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，及时控制电流回路的通断；PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。
1、保护芯片工作原理中的主要元器件的介绍：IC：它是保护芯片的核心，首先取样电池电压，然后通过判断发出各种指令。MOS管：它主要起开关作用。
2、保护芯片正常工作：保护芯片上MOS管刚开始可能处于关断状态，电池接上保护芯片后，必须先触发MOS管，P+与P-端才有输出电压，触发常用方法——用一导线把B-与P-短接。
3、保护芯片过充保护：在P+与P-上接上一高于电池电压的电源，电源的正极接B+、电源的负极接B-，接好电源后，电池开始充电，电流方向如图所示的I1的流向电流从电源正极出发，流经电池、D1、MOS2到电源负极（这时MOS1被D1短路），IC通过电容来取样电池电压的值，当电池电压达到4.25v时，IC发出指令，使引脚CO为低电平，这时电流从电源正极出发，流经电池、D1、到达MOS2时由于MOS2的栅极与CO相连也为低电平，MOS2关断，整个回路被关断，电路起到保护作用。
4、保护芯片过放保护：在P+与P-上接上一合适的负载后，电池开始放电其电流方向如I2，电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极，（这时MOS2被D2短路）；当电池放电到2.5v时IC采样并发出指令，让MOS1截止，回路断开，电池被保护了。
5、过流保护：在P+与P-上接上一合适的负载后，电池开始放电其电流方向如I2，电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极，（这时MOS2被D2短路）；当负载突然减小，IC通过VM引脚采样到突然增大电流而产生的电压这时IC采样并发出指令，让MOS1截止，回路断开，电池被保护了。
6、短路保护：在P+与P-上接上空负载后，磷酸铁锂电池开始放电其电流方向如I2，电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极，（这时MOS2被D2短路）；IC通过VM引脚采样到突然增大电流而产生的电压这时IC采样并发出指令，让MOS1截止，回路断开，电池被保护了。
锂电池保护板均衡工作原理
锂电池保护板是对串联锂电池组的充放电保护；在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值，实现锂电池组各单体电池的均充，有效地改善了串联充电方式下的充电效果；同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命；欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。
锂电池保护板均衡原理常用的均衡充电技术包括恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。
成组的锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组磷酸铁锂电池的性能和寿命。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能，多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU;通过和保护芯片的串行通讯来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。
锂电池保护板均衡原理根据应用的需要，在改变保护芯片型号和串联数，电路中开关器件和能耗元件的功率等级之后，可对任意结构和电压等级的动力锂电池组实现保护和均充。
