关于锂电池保护板详细介绍

锂电池组成主要有两大部分，锂电池芯和保护板，锂电池芯主要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂电池保护板的作用很多人都不知道，锂电池保护板，顾名思义就是保护锂电池用的，锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护。

 

　　锂电池保护板技术参数

 

　　均衡电流：80mA（VCELL=4.20V时）

 

　　均衡起控点：4.18±0.03V过充门限：4.25±0.05V（4.30±0.05V可选）

 

　　过放门限：2.90±0.08V（2.40±0.05V可选）

 

　　过放延时：5mS

 

　　过放释放：断开负载，并且各单体电池电压均高于过放门限；

 

　　过流释放：断开负载释放

 

　　过温保护：有接口，需安装可恢复性温度保护开关；

 

　　工作电流：15A（根据客户选择）

 

　　静态功耗：《0.5mA

 

　　短路保护功能：能保护，断开负载可自恢复。

 

　　主要功能：过充保护功能，过放保护功能，短路保护功能，过流保护功能，过温保护功能，均衡保护功能。

 

　　接口定义：该板的充电口与放电口相互独立，两者共正极，B-为连接电池的负极，C-为充电口的负极；P-为放电口的负极；B-、P-、C-焊盘均是过孔式，焊盘孔直径均为3mm;电池各充电检测接口以DC针座形式输出。

 

　　参数说明：最大工作电流和过流保护电流值的配置，单位：A（5/8，8/15，10/20，12/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊过流值可以按客户要求定制。

 

　　众所周知，锂电池是当下在各个领域都会用到的新能源电池，但是锂电池需要保护板的保护很多人都不知道，保护板在电池使用中发挥着至关重要的作用，下面我们就来了解一下保护板的结构及其保护原理。

 

　　保护板有两个核心的部件：一个保护IC，它是由精确地比较器获得可靠的保护参数。另外一个是MOSFET串在主要放电回路中担当高速开关，执行保护动作，IC通过监视电池电压差来控制MOS管。普通保护板上还有电阻、电容、及辅助FUSE、PTC、NTC、ID、储存器等。保护板上的B+、B-分别接电芯正极、负极。P+、P-分别是保护板输出的正极、负极。

 

　　保护板会对电池进行过充保护、过放保护、短路保护、过流保护以及温度保护。

 

　　锂电池在充电时要求恒流、恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压上升到一定的数值，转为恒压充电，直至电流越来越小。电池在被充电过程中，如果充电电路失去控制，就会使电压超过一定的数值后继续恒流充电，电池电压也会继续上升，将会导致电池损坏或出现安全问题。当电池中有保护板时，保护板的过充保护功能将启动，并切断MOS管，禁止对电池组充电，保护电池的安全。　由于锂电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行　电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如　对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副　反应，该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，　并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导　致安全问题，因此所有的锂电池都需要一个保护电路，用于　对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断　充、放电回路以防止对电池发生损害

 

　　下图为一个典型的锂电池保护电路原理图。

 

　

 

　　如上图所示，该保护回路由两个ＭＯＳＦＥＴ（Ｖ１、Ｖ２）和一个控制ＩＣ　（Ｎ１）外加一些阻容元件构成。控制ＩＣ负责监测电池电压与回路电流，　并控制两个ＭＯＳＦＥＴ的栅极，ＭＯＳＦＥＴ在电路中起开关作用，分别控制　着充电回路与放电回路的导通与关断，Ｃ３为延时电容，该电路具有过充　电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如　下：

 

　　１、正常状态　

        在正常状态下电路中Ｎ１的“ＣＯ”与“ＤＯ”脚都输出高电压，两个ＭＯＳＦＥＴ　都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于ＭＯＳＦＥＴ的导　通阻抗很小，通常小于３０毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。　此状态下保护电路的消耗电流为μＡ级，通常小于７μＡ。

 

　　２、过充电保护　

        锂离子电池要求的充电方式为恒流／恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电　过程，电压会上升到４．２Ｖ（根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为４．１Ｖ），转　为恒压充电，直至电流越来越小。　电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过４．２Ｖ后继续　恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过４．３Ｖ时，电池　的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。　在带有保护电路的电池中，当控制ＩＣ检测到电池电压达到４．２８Ｖ（该值由控制ＩＣ　决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，其“ＣＯ”脚将由高电压转变为零电压，使Ｖ２由　导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过　充电保护作用。而此时由于Ｖ２自带的体二极管ＶＤ２的存在，电池可以通过该二　极管对外部负载进行放电。在控制ＩＣ检测到电池电压超过４．２８Ｖ至发出关断Ｖ２信　号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由Ｃ３决定，通常设为１秒左右，　以避免因干扰而造成误判断。

 

　　３、短路保护　

        电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使Ｕ＞０．９Ｖ（该　值由控制ＩＣ决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，控制ＩＣ则判断　为负载短路，其“ＤＯ”脚将迅速由高电压转变为零电压，使　Ｖ１由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。　短路保护的延时时间极短，通常小于７微秒。其工作原理与　过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不一　样。　除了控制ＩＣ外，电路中还有一个重要元件，就是ＭＯＳＦＥＴ，　它在电路中起着开关的作用，由于它直接串接在电池与外部　负载之间，因此它的导通阻抗对电池的性能有影响，当选用　的ＭＯＳＦＥＴ较好时，其导通阻抗很小，电池包的内阻就小，　带载能力也强，在放电时其消耗的电能也少。

 

　　４、过电流保护　

         由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能　超过２Ｃ（Ｃ＝电池容量／小时），当电池超过２Ｃ电流放电时，将会导致电　池的永久性损坏或出现安全问题。　电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的２个ＭＯＳＦＥＴ　时，由于ＭＯＳＦＥＴ的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值　Ｕ＝Ｉ＊ＲＤＳ＊２，　ＲＤＳ为单个ＭＯＳＦＥＴ导通阻抗，控制ＩＣ上的“Ｖ－”脚对该电压　值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电　流大到使Ｕ＞０．１Ｖ（该值由控制ＩＣ决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，其　“ＤＯ”脚将由高电压转变为零电压，使Ｖ１由导通转为关断，从而切断了放　电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。　在控制ＩＣ检测到过电流发生至发出关断Ｖ１信号之间，也有一段延时时　间，该延时时间的长短由Ｃ３决定，通常为１３毫秒左右，以避免因干扰而　造成误判断。　在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制ＩＣ的控制　值，还取决于ＭＯＳＦＥＴ的导通阻抗，当ＭＯＳＦＥＴ导通阻抗越大时，对同　样的控制ＩＣ，其过电流保护值越小。

 

　　５、过放电保护

    　电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降　至２．５Ｖ时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池　的永久性损坏。　在电池放电过程中，当控制ＩＣ检测到电池电压低于２．３Ｖ（该值由控制ＩＣ决定，不　同的ＩＣ有不同的值）时，其“ＤＯ”脚将由高电压转变为零电压，使Ｖ１由导通转为　关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作　用。而此时由于Ｖ１自带的体二极管ＶＤ１的存在，充电器可以通过该二极管对电　池进行充电。　由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极　小，此时控制ＩＣ会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于０．１μＡ。　在控制ＩＣ检测到电池电压低于２．３Ｖ至发出关断Ｖ１信号之间，也有一段延时时　间，该延时时间的长短由Ｃ３决定，通常设为１００毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。