鋰離子電池保護板原理詳解2021-06-21 08:13
鋰離子電池的維護功用一般由維護電路板和PTC等電流器材協(xié)同完結(jié)，維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，及時操控電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
一般鋰離子電池維護板一般包括操控IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器材FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中操控IC，在一切正常的情況下操控MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當電芯電壓或回路電流超越規(guī)定值時，它馬上操控MOS開關(guān)關(guān)斷，維護電芯的安全。
在維護板正常的情況下，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(shù)改換時，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。
1、過充電檢出電壓：在一般狀況下，Vdd逐步提升至CO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVDD-VSS間電壓。
2、過充電免除電壓：在充電狀況下，Vdd逐步下降至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：一般狀況下，Vdd逐步下降至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVDD-VSS間電壓。
4、過放電免除電壓：在過放電狀況下，Vdd逐步上升到DO端由低電平變?yōu)楦唠娖綍rVDD-VSS間電壓。
5、過電流1檢出電壓：在一般狀況下，VM逐步升至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：在一般狀況下，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、負載短路檢出電壓：在一般狀況下，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：在過放電狀況下，VM以O(shè)V逐步下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍rVM-VSS間電壓。
9、一般作業(yè)時耗費電流：在一般狀況下，流以VDD端子的電流（IDD）即為一般作業(yè)時耗費電流。
10、過放電耗費電流：在放電狀況下，流經(jīng)VDD端子的電流（IDD）即為過流放電耗費電流。
1、一般狀況：電池電壓在過放電檢出電壓以上（2.75V以上），過充電檢出電壓以下（4.3V以下），VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，IC通過監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而操控MOS管，DO、CO端都為高電平，MOS管處導(dǎo)通狀況，這時能夠自在的充電和放電；
當電池被充電使電壓超越設(shè)定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止，當電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導(dǎo)通充電持續(xù)，VCR小于VC一個定值，以防止電流頻繁跳變。
當電池電壓因放電而下降至設(shè)定值VD（2.3-2.5V）時，VD2翻轉(zhuǎn)，以IC內(nèi)部固定的短時刻延時后，使Dout變?yōu)榈碗娖?，T2截止，放電停止。
當電路放電電流超越設(shè)定值或輸出被短路時，過流、短路檢測電路動作，使MOS管（T2）關(guān)斷，電流截止。
該維護回路由兩個MOSFET（T1、T2）和一個操控IC（N1）外加一些阻容元件構(gòu)成。操控
IC擔任監(jiān)測電池電壓與回路電流，并操控兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關(guān)效果，分別控
制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷，C2為延時電容，該電路具有過充電維護、過放電維護、過電流保
護與短路維護功用，其作業(yè)原理剖析如下：
1、正常狀況
在正常狀況下電路中N1的CO與DO腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀況，電池能夠自在地進行充電和放電，因為MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，一般小于30毫歐，因而其導(dǎo)通電阻對電路的功能影響很小。
此狀況下維護電路的耗費電流為μA級，一般小于7μA。
2、過充電維護
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，跟著充電進程，電壓會上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來越小。
電池在被充電進程中，假如充電器電路失掉操控，會使電池電壓超越4.2V后持續(xù)恒流充電，此刻電池電壓仍會持續(xù)上升，當電池電壓被充電至超越4.3V時，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加重，會導(dǎo)致電池損壞或呈現(xiàn)安全問題。
在帶有維護電路的電池中，當操控IC檢測到電池電壓達到4.28V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其CO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筎1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，然后堵截了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電維護效果。而此刻因為T1自帶的體二極管VD1的存在，電池能夠通過該二極管對外部負載進行放電。
在操控IC檢測到電池電壓超越4.28V至宣布關(guān)斷T1信號之間，還有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般設(shè)為1秒左右，以防止因攪擾而造成誤判別。
3、過放電維護
電池在對外部負載放電進程中，其電壓會跟著放電進程逐步下降，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被徹底放光，此刻假如讓電池持續(xù)對負載放電，將造成電池的永久性損壞。
在電池放電進程中，當操控IC檢測到電池電壓低于2.3V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其DO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使T2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，然后堵截了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電維護效果。而此刻因為T2自帶的體二極管VD2的存在，充電器能夠通過該二極管對電池進行充電。
因為在過放電維護狀況下電池電壓不能再下降，因而要求維護電路的耗費電流極小，此刻操控IC會進入低功耗狀況，整個維護電路耗電會小于0.1μA。在操控IC檢測到電池電壓低于2.3V至宣布關(guān)斷T2信號之間，也有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般設(shè)為100毫秒左右，以防止因攪擾而造成誤判別。
4、過電流維護
因為鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超越2C（C=電池容量/小時），當電池超越2C電流放電時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或呈現(xiàn)安全問題。
電池在對負載正常放電進程中，放電電流在通過串聯(lián)的2個MOSFET時，因為MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會在其兩端出現(xiàn)一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗，操控IC上的V-腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因?qū)е路闯?，使回路電流增大，當回路電流大到使U>0.1V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其DO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筎2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，然后堵截了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流維護效果。
在操控IC檢測到過電流發(fā)生至宣布關(guān)斷T2信號之間，也有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般為13毫秒左右，以防止因攪擾而造成誤判別。
在上述操控進程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于操控IC的操控值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時，對相同的操控IC，其過電流維護值越小。
一般鋰離子電池維護板一般包括操控IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器材FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中操控IC，在一切正常的情況下操控MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當電芯電壓或回路電流超越規(guī)定值時，它馬上操控MOS開關(guān)關(guān)斷，維護電芯的安全。
在維護板正常的情況下，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(shù)改換時，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。
1、過充電檢出電壓：在一般狀況下，Vdd逐步提升至CO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVDD-VSS間電壓。
2、過充電免除電壓：在充電狀況下，Vdd逐步下降至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：一般狀況下，Vdd逐步下降至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVDD-VSS間電壓。
4、過放電免除電壓：在過放電狀況下，Vdd逐步上升到DO端由低電平變?yōu)楦唠娖綍rVDD-VSS間電壓。
5、過電流1檢出電壓：在一般狀況下，VM逐步升至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：在一般狀況下，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、負載短路檢出電壓：在一般狀況下，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：在過放電狀況下，VM以O(shè)V逐步下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍rVM-VSS間電壓。
9、一般作業(yè)時耗費電流：在一般狀況下，流以VDD端子的電流（IDD）即為一般作業(yè)時耗費電流。
10、過放電耗費電流：在放電狀況下，流經(jīng)VDD端子的電流（IDD）即為過流放電耗費電流。
1、一般狀況：電池電壓在過放電檢出電壓以上（2.75V以上），過充電檢出電壓以下（4.3V以下），VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，IC通過監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而操控MOS管，DO、CO端都為高電平，MOS管處導(dǎo)通狀況，這時能夠自在的充電和放電；
當電池被充電使電壓超越設(shè)定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止，當電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導(dǎo)通充電持續(xù)，VCR小于VC一個定值，以防止電流頻繁跳變。
當電池電壓因放電而下降至設(shè)定值VD（2.3-2.5V）時，VD2翻轉(zhuǎn)，以IC內(nèi)部固定的短時刻延時后，使Dout變?yōu)榈碗娖?，T2截止，放電停止。
當電路放電電流超越設(shè)定值或輸出被短路時，過流、短路檢測電路動作，使MOS管（T2）關(guān)斷，電流截止。
該維護回路由兩個MOSFET（T1、T2）和一個操控IC（N1）外加一些阻容元件構(gòu)成。操控
IC擔任監(jiān)測電池電壓與回路電流，并操控兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關(guān)效果，分別控
制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷，C2為延時電容，該電路具有過充電維護、過放電維護、過電流保
護與短路維護功用，其作業(yè)原理剖析如下：
1、正常狀況
在正常狀況下電路中N1的CO與DO腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀況，電池能夠自在地進行充電和放電，因為MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，一般小于30毫歐，因而其導(dǎo)通電阻對電路的功能影響很小。
此狀況下維護電路的耗費電流為μA級，一般小于7μA。
2、過充電維護
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，跟著充電進程，電壓會上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來越小。
電池在被充電進程中，假如充電器電路失掉操控，會使電池電壓超越4.2V后持續(xù)恒流充電，此刻電池電壓仍會持續(xù)上升，當電池電壓被充電至超越4.3V時，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加重，會導(dǎo)致電池損壞或呈現(xiàn)安全問題。
在帶有維護電路的電池中，當操控IC檢測到電池電壓達到4.28V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其CO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筎1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，然后堵截了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電維護效果。而此刻因為T1自帶的體二極管VD1的存在，電池能夠通過該二極管對外部負載進行放電。
在操控IC檢測到電池電壓超越4.28V至宣布關(guān)斷T1信號之間，還有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般設(shè)為1秒左右，以防止因攪擾而造成誤判別。
3、過放電維護
電池在對外部負載放電進程中，其電壓會跟著放電進程逐步下降，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被徹底放光，此刻假如讓電池持續(xù)對負載放電，將造成電池的永久性損壞。
在電池放電進程中，當操控IC檢測到電池電壓低于2.3V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其DO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使T2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，然后堵截了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電維護效果。而此刻因為T2自帶的體二極管VD2的存在，充電器能夠通過該二極管對電池進行充電。
因為在過放電維護狀況下電池電壓不能再下降，因而要求維護電路的耗費電流極小，此刻操控IC會進入低功耗狀況，整個維護電路耗電會小于0.1μA。在操控IC檢測到電池電壓低于2.3V至宣布關(guān)斷T2信號之間，也有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般設(shè)為100毫秒左右，以防止因攪擾而造成誤判別。
4、過電流維護
因為鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超越2C（C=電池容量/小時），當電池超越2C電流放電時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或呈現(xiàn)安全問題。
電池在對負載正常放電進程中，放電電流在通過串聯(lián)的2個MOSFET時，因為MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會在其兩端出現(xiàn)一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗，操控IC上的V-腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因?qū)е路闯?，使回路電流增大，當回路電流大到使U>0.1V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其DO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筎2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，然后堵截了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流維護效果。
在操控IC檢測到過電流發(fā)生至宣布關(guān)斷T2信號之間，也有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般為13毫秒左右，以防止因攪擾而造成誤判別。
在上述操控進程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于操控IC的操控值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時，對相同的操控IC，其過電流維護值越小。
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