蓄電池有保護板嗎？鋰電池保護板原理2021-03-29 08:37
電池保護板，顧名思義鋰電池保護板主要是針對可充電（一般指鋰電池）起保護作用的集成電路板。鋰電池（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帶采樣電阻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或TCO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)境下時刻準確的監(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或TCO在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
保護板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、JEPSUN捷比信精密電阻及輔助器件NTC、ID存儲器,PCB等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導通，使電芯與外電路溝通，而當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Negativetemperaturecoefficient的縮寫，意即負溫度系數(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、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)品的可追溯和應用的限制。
PTC是英文PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)。專業(yè)里面通常把正溫度系數(shù)器件簡稱為PTC，電池產(chǎn)品里PTC可以防止電池高溫放電和不安全的大電流的發(fā)生，根據(jù)電池的電壓、電流密度特性和應用環(huán)境，對PTC有專門的要求。
PTC是電池組件產(chǎn)品里一個非常重要的部件，對電池的安全擔負著重要使命，它本身的性能和品質(zhì)也是電池組性能和品質(zhì)的一個重要因數(shù)。
保護板對單一電芯保護時，保護板設(shè)計會相對簡單，技術(shù)性較高的地方在于，比如對動力電池保護板設(shè)計需要注意的電壓平臺問題，動力電池在使用中往往被要求很大的平臺電壓，所以設(shè)計保護板時盡量使保護板不影響電芯放電的電壓，這樣對控制IC，精密電阻等元件的要求就會很高，一般國產(chǎn)IC能滿足大多數(shù)產(chǎn)品要求，特殊可以采用進口產(chǎn)品，電流采樣電阻則需要使用JEPSUN捷比信電阻，以滿足高精密度，低溫度系數(shù)，無感等要求。對多電芯保護板設(shè)計，則有更高的技術(shù)要求，按照不同的需要，設(shè)計復雜程度各不相同的產(chǎn)品。
電池保護板工作原理
鋰電池保護板根據(jù)使用IC,電壓等不同而電路及參數(shù)有所不同,常用的保護IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等，其中精工的8261系列精度更好，當然價錢也更貴。后面幾種都是臺灣出的，國內(nèi)次級市場基本都用DW01+和CS213了，下面以DW01+配MOS管8205A（8pin）進行講解:
鋰電池保護板其正常工作過程為:
當電芯電壓在2.5V至4.3V之間時，DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等于供電電壓)，第二腳電壓為0V。此時DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到8205A的第5、4腳，8205A內(nèi)的兩個電子開關(guān)因其G極接到來自DW01的電壓，故均處于導通狀態(tài)，即兩個電子開關(guān)均處于開狀態(tài)。此時電芯的負極與保護板的P-端相當于直接連通，保護板有電壓輸出。
保護板過放電保護控制原理:
當電芯通過外接的負載進行放電時,電芯的電壓將慢慢降低,同時DW01內(nèi)部將通過R1電阻實時監(jiān)測電芯電壓,當電芯電壓下降到約2.3V時DW01將認為電芯電壓已處于過放電電壓狀態(tài)，便立即斷開第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第5腳無電壓而關(guān)閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護板處于過放電狀態(tài)并一直保持。等到保護板的P與P-間接上充電電壓后，DW01經(jīng)B-檢測到充電電壓后便立即停止過放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過放電控制管導通，即電芯的B-與保護板的P-又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。
保護板過充電保護控制原理:
當電池通過充電器正常充電時,隨著充電時間的增加,電芯的電壓將越來越高，當電芯電壓升高到4.4V時,DW01將認為電芯電壓已處于過充電電壓狀態(tài)，便立即斷開第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第4腳無電壓而關(guān)閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電。保護板處于過充電狀態(tài)并一直保持。等到保護板的P與P-間接上放電負載后，因此時雖然過充電控制開關(guān)管關(guān)閉,但其內(nèi)部的二極管正方向與放電回路的方向相同,故放電回路可以進行放電,當電芯的電壓被放到低于4.3V時,DW01停止過充電保護狀態(tài)重新在第3腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過充電控制管導通，即電芯的B-與保護板P-又重新接上，電芯又能進行正常的充放電.
保護板短路保護控制原理:
如圖所示，在保護板對外放電的過程中，8205A內(nèi)的兩個電子開關(guān)并不完全等效于兩個機械開關(guān)，而是等效于兩個電阻很小的電阻，并稱為8205A的導通內(nèi)阻，每個開關(guān)的導通內(nèi)阻約為30m\U03a9共約為60m\U03a9，加在G極上的電壓實際上是直接控制每個開關(guān)管的導通電阻的大小當G極電壓大于1V時，開關(guān)管的導通內(nèi)阻很小(幾十毫歐)，相當于開關(guān)閉合，當G極電壓小于0.7V以下時，開關(guān)管的導通內(nèi)阻很大(幾MΩ)，相當于開關(guān)斷開。電壓UA就是8205A的導通內(nèi)阻與放電電流產(chǎn)生的電壓，負載電流增大則UA必然增大,因UA0.006L×IUA又稱為8205A的管壓降，UA可以簡接表明放電電流的大小。上升到0.2V時便認為負載電流到達了極限值，于是停止第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V、8205A內(nèi)的放電控制管關(guān)閉，切斷電芯的放電回路，將關(guān)斷放電控制管。換言之DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實現(xiàn)了過電流保護。
短路保護控制過程:
短路保護是過電流保護的一種極限形式，其控制過程及原理與過電流保護一樣，短路只是在相當于在PP-間加上一個阻值小的電阻(約為0Ω)使保護板的負載電流瞬時達到10A以上，保護板立即進行過電流保護。
鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC或TCO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)境下時刻準確的監(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或TCO在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
保護板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、JEPSUN捷比信精密電阻及輔助器件NTC、ID存儲器,PCB等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導通，使電芯與外電路溝通，而當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Negativetemperaturecoefficient的縮寫，意即負溫度系數(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、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)品的可追溯和應用的限制。
PTC是英文PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)。專業(yè)里面通常把正溫度系數(shù)器件簡稱為PTC，電池產(chǎn)品里PTC可以防止電池高溫放電和不安全的大電流的發(fā)生，根據(jù)電池的電壓、電流密度特性和應用環(huán)境，對PTC有專門的要求。
PTC是電池組件產(chǎn)品里一個非常重要的部件，對電池的安全擔負著重要使命，它本身的性能和品質(zhì)也是電池組性能和品質(zhì)的一個重要因數(shù)。
保護板對單一電芯保護時，保護板設(shè)計會相對簡單，技術(shù)性較高的地方在于，比如對動力電池保護板設(shè)計需要注意的電壓平臺問題，動力電池在使用中往往被要求很大的平臺電壓，所以設(shè)計保護板時盡量使保護板不影響電芯放電的電壓，這樣對控制IC，精密電阻等元件的要求就會很高，一般國產(chǎn)IC能滿足大多數(shù)產(chǎn)品要求，特殊可以采用進口產(chǎn)品，電流采樣電阻則需要使用JEPSUN捷比信電阻，以滿足高精密度，低溫度系數(shù)，無感等要求。對多電芯保護板設(shè)計，則有更高的技術(shù)要求，按照不同的需要，設(shè)計復雜程度各不相同的產(chǎn)品。
電池保護板工作原理
鋰電池保護板根據(jù)使用IC,電壓等不同而電路及參數(shù)有所不同,常用的保護IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等，其中精工的8261系列精度更好，當然價錢也更貴。后面幾種都是臺灣出的，國內(nèi)次級市場基本都用DW01+和CS213了，下面以DW01+配MOS管8205A（8pin）進行講解:
鋰電池保護板其正常工作過程為:
當電芯電壓在2.5V至4.3V之間時，DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等于供電電壓)，第二腳電壓為0V。此時DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到8205A的第5、4腳，8205A內(nèi)的兩個電子開關(guān)因其G極接到來自DW01的電壓，故均處于導通狀態(tài)，即兩個電子開關(guān)均處于開狀態(tài)。此時電芯的負極與保護板的P-端相當于直接連通，保護板有電壓輸出。
保護板過放電保護控制原理:
當電芯通過外接的負載進行放電時,電芯的電壓將慢慢降低,同時DW01內(nèi)部將通過R1電阻實時監(jiān)測電芯電壓,當電芯電壓下降到約2.3V時DW01將認為電芯電壓已處于過放電電壓狀態(tài)，便立即斷開第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第5腳無電壓而關(guān)閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護板處于過放電狀態(tài)并一直保持。等到保護板的P與P-間接上充電電壓后，DW01經(jīng)B-檢測到充電電壓后便立即停止過放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過放電控制管導通，即電芯的B-與保護板的P-又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。
保護板過充電保護控制原理:
當電池通過充電器正常充電時,隨著充電時間的增加,電芯的電壓將越來越高，當電芯電壓升高到4.4V時,DW01將認為電芯電壓已處于過充電電壓狀態(tài)，便立即斷開第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第4腳無電壓而關(guān)閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電。保護板處于過充電狀態(tài)并一直保持。等到保護板的P與P-間接上放電負載后，因此時雖然過充電控制開關(guān)管關(guān)閉,但其內(nèi)部的二極管正方向與放電回路的方向相同,故放電回路可以進行放電,當電芯的電壓被放到低于4.3V時,DW01停止過充電保護狀態(tài)重新在第3腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過充電控制管導通，即電芯的B-與保護板P-又重新接上，電芯又能進行正常的充放電.
保護板短路保護控制原理:
如圖所示，在保護板對外放電的過程中，8205A內(nèi)的兩個電子開關(guān)并不完全等效于兩個機械開關(guān)，而是等效于兩個電阻很小的電阻，并稱為8205A的導通內(nèi)阻，每個開關(guān)的導通內(nèi)阻約為30m\U03a9共約為60m\U03a9，加在G極上的電壓實際上是直接控制每個開關(guān)管的導通電阻的大小當G極電壓大于1V時，開關(guān)管的導通內(nèi)阻很小(幾十毫歐)，相當于開關(guān)閉合，當G極電壓小于0.7V以下時，開關(guān)管的導通內(nèi)阻很大(幾MΩ)，相當于開關(guān)斷開。電壓UA就是8205A的導通內(nèi)阻與放電電流產(chǎn)生的電壓，負載電流增大則UA必然增大,因UA0.006L×IUA又稱為8205A的管壓降，UA可以簡接表明放電電流的大小。上升到0.2V時便認為負載電流到達了極限值，于是停止第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V、8205A內(nèi)的放電控制管關(guān)閉，切斷電芯的放電回路，將關(guān)斷放電控制管。換言之DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實現(xiàn)了過電流保護。
短路保護控制過程:
短路保護是過電流保護的一種極限形式，其控制過程及原理與過電流保護一樣，短路只是在相當于在PP-間加上一個阻值小的電阻(約為0Ω)使保護板的負載電流瞬時達到10A以上，保護板立即進行過電流保護。
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