鋰電池保護板原理

鋰電池保護板原理（可充型）之所以需要保護，是由它本身特性決定的。由于鋰電池保護板原理本身的材料決定了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會跟著一塊精致的保護板和一片電流保險器出現(xiàn)。鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC協(xié)同完成，保護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，即時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。

鋰電池保護板原理通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件NTC、ID存儲器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時，它立刻（數(shù)十毫秒）控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護電芯的安全。NTC是Negative temperaturecoefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。ID 存儲器常為單線接口存儲器，ID是Identification 的縮寫即身份識別的意思，存儲電池種類、生產(chǎn)日期等信息?？善鸬疆a(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。

鋰電池保護板工作原理

過電流保護

由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C（C=電池容量/小時），當(dāng)電池超過2C電流放電時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題

鋰電池保護板一般由2大部分組成

1：控制ic，2：mos開關(guān)管 另外還加一些微容和微阻而組成

控制ic 作用是對電池的保護，如達(dá)到保護條件就控制mos進行斷開或閉合（如電池達(dá)到過充、過放、短路、過流、等保護條件），其中mos管的作用就是開關(guān)作用，由控制ic開控制。

鋰電池保護板原理的構(gòu)成

電池組過放保護功能

串聯(lián)電池組中的任意一只電池的電壓下降到過放檢測電壓并且達(dá)到過放延時時間時，過放保護功能啟動，切斷放電MOS管，禁止電池組對外輸出電流，保護電池組安全，鋰電池保護板原理電路板進入休眠狀態(tài)，電路板消耗電流為休眠電流以下，進入休眠狀態(tài)的電路只有在連接充電器后，并且電池電壓超過過放恢復(fù)電壓后才能恢復(fù)。

1、電壓保護能力

過充電保護：鋰電池保護板原理必須具有預(yù)防電芯電壓超過預(yù)設(shè)值的能力過放電保護：保護板必須具有預(yù)防電芯電壓底于預(yù)設(shè)值的能力。

2、電流能力(過流保護電流，短路保護）

鋰電池保護板原理作為鋰電芯的安全保護器件,既要在設(shè)備的正常工作電流范圍內(nèi),能可靠工作,又要在當(dāng)電池被意外短路或過流時能迅速動作,使電芯得到保護。

3、導(dǎo)通電阻

定義：當(dāng)充電電流為500mA時，MOS管的導(dǎo)通阻抗。

由于通訊設(shè)備的工作頻率較高，數(shù)據(jù)傳輸要求誤碼率低，其脈沖串的上升及下降沿陡，故對鋰電池保護板原理電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因此保護板的MOS管開關(guān)導(dǎo)通時電阻要小，單節(jié)電芯保護板通常在<70mΩ，如太大會導(dǎo)致通訊設(shè)備工作不正常，如手機在通話時突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象。

4、自耗電流

定義：IC工作電壓為3。6V，空載狀態(tài)下，流經(jīng)保護IC的工作電流，一般極小。

鋰電池保護板原理的自耗電流直接影響電池的待機時間，通常規(guī)定保護板的自耗電流小于10微安。

5、機械性能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力

保護板必須能通過國標(biāo)規(guī)定的震動,沖擊試驗;保護板在-40到85度能安全工作,能經(jīng)受±15KV的非接觸ESD靜電測試。

鋰電池保護板原理的主要作用

一般要求在-25℃～85℃時Control(IC)檢測控制電芯電壓與充放電回路的工作電流、電壓，在一切正常情況下C-MOS開關(guān)管導(dǎo)通，使電芯與保護電路板處于正常工作狀態(tài)，而當(dāng)電芯電壓或回路中的工作電流超過控制IC中比較電路預(yù)設(shè)值時，在15～30ms內(nèi)（不同控制IC與C-MOS有不同的響應(yīng)時間），將CMOS關(guān)斷，即關(guān)閉電芯放電或充電回路，以保證使用者與電芯的安全。

在鋰電池保護板原理正常的情況下，Vdd為高電平，Vss,VM為低電平，DO、CO為高電平，當(dāng)Vdd,Vss,VM任何一項參數(shù)變換時，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。

1、過充電檢出電壓

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rVDD-VSS間電壓

2、過充電解除電壓

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rVDD-VSS間電壓

3、過放電檢出電壓

通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至D O端由高電平  變?yōu)榈碗娖綍rVDD- VSS間電壓

4、過放電解除電壓

在過放電狀態(tài)下，Vdd逐漸上升到DO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r VDD-VSS間電壓

5、過電流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rVM-VSS間電壓

6、過電流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rVM-VSS間電壓

7、負(fù)載短路檢出電壓

在通常狀態(tài)下，VM以O(shè)V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rVM-VSS間電壓

8、充電器檢出電壓

在過放電狀態(tài)下，VM以O(shè)V逐漸下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍rVM-VSS間電壓

9、通常工作時消耗電流

在通常狀態(tài)下，流以VDD端子的電流（IDD）即為通常工作時消耗電流

10、過放電消耗電流

在放電狀態(tài)下，流經(jīng)VDD端子的電流（IDD）即為過流放電消耗電流

鋰電池保護板原理主要零件的功能介紹

R1：基準(zhǔn)供電電阻；與IC內(nèi)部電阻構(gòu)成分壓電路，控制內(nèi)部過充、過放電壓比較器的電平翻轉(zhuǎn)；一般在阻值為330Ω、470Ω比較多；當(dāng)封裝形式（即用標(biāo)準(zhǔn)元件的長和寬來表示元件大小，如0402封裝標(biāo)識此元件的長和寬分別為1.0mm和0.5mm）較大時，會用數(shù)字標(biāo)識其阻值，如貼片電阻上數(shù)字標(biāo)識473， 即表示其阻值為47000Ω即47KΩ（第三位數(shù)表示在前兩位后面加0的位數(shù)）。

R2：過流、短路檢測電阻；通過檢測VM端電壓控制保護板的電流 ，焊接不良、損壞會造成電池過流 、短路無保護，一般阻值為1KΩ、2KΩ較多。

R3：ID識別電阻或NTC電阻（前面有介紹）或兩者都有。

總結(jié)：電阻在保護板中為黑色貼片，用萬用表可測其阻值，當(dāng)封裝較大時其阻值會用數(shù)字表示，表示方法如上所述，當(dāng)然電阻阻值一般都有偏差，每個電阻都有精度規(guī)格，如10KΩ電阻規(guī)格為+/－5％精度則其阻值為9.5KΩ －10.5KΩ范圍內(nèi)都為合格。

C1、C2：由于電容兩端電壓不能突變，起瞬間穩(wěn)壓和濾波作用?？偨Y(jié)：電容在保護板中為黃色貼片，封裝形式0402較多，也有少數(shù)0603封裝(1.6mm長,0.8mm寬)；用萬用表檢測其阻值一般為無窮大或MΩ級別；電容漏電會產(chǎn)生自耗電大，短路無自恢復(fù)現(xiàn)象。FUSE：普通FUSE或PTC（Positive Temperature Coefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)）；防止不安全大電流和高溫放電的發(fā)生，其中PTC有自恢復(fù)功能。

總結(jié)：FUSE在鋰電池保護板原理保護板中一般為白色貼片，LITTE公司提供FUSE會在FUSE上標(biāo)識字符D-T，字符表示意思為FUSE能承受的額定電流，如表示D額定電流為0.25A，S為4A，T為5A等。

U1：控制IC；保護板所有功能都是IC通過監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而控制C-MOS執(zhí)行開關(guān)動作來實現(xiàn)的。

Cout：過充控制端；通過MOS管T2柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。

Dout：過放、過流、短路控制端；通過MOS管T1柵極電壓控制MOS管的開關(guān)。

VM：過流、短路保護電壓檢測端；通過檢測VM端的電壓實現(xiàn)電路的過流、短路保護

（U（VM）=I*R（MOSFET））

總結(jié)：IC在鋰電池保護板原理保護板中一般為6個管腳的封裝形式，其區(qū)別管腳的方法為：在封裝體上標(biāo)識黑點的附近為第1管腳，然后逆時針旋轉(zhuǎn)分別為第2、3、4、5、6管腳；如封裝體上無黑點標(biāo)識，則正看封裝體上字符左下為第1管腳，其余管腳逆時針類推）C-MOS：場效應(yīng)開關(guān)管；保護功能的實現(xiàn)者 ；連焊、虛焊、假焊、擊穿時會造成電池?zé)o保護、無顯示、輸出電壓低等不良現(xiàn)象。

總結(jié)：CMOS在保護板中一般為8個管腳的封裝形式，它時由兩個MOS管構(gòu)成，相當(dāng)于兩個開關(guān)，分別控制鋰電池保護板原理過充保護和過放、過流、短路保護；其管腳區(qū)分方法和IC一樣。

在鋰電池保護板原理保護板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，Dout、Cout為高電平；當(dāng)Vdd、Vss、VM任何一項參數(shù)變換時，Dout或Cout的電平將發(fā)生變化，此時MOSFET執(zhí)行相應(yīng)的動作（開、關(guān)電路），從而實現(xiàn)電路的保護和恢復(fù)功能。

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