什么是鋰電池保護(hù)板原理圖2021-07-07 08:18
鋰電池保護(hù)板主要由維護(hù)IC（過(guò)壓維護(hù)）和MOS管（過(guò)流維護(hù)）構(gòu)成，是用來(lái)保護(hù)鋰電池電芯安全的器材。鋰電池具有放電電流大、內(nèi)阻低、壽數(shù)長(zhǎng)、無(wú)回憶效應(yīng)等被人們廣泛運(yùn)用，鋰離子電池在運(yùn)用中禁止過(guò)充電、過(guò)放電、短路，不然將會(huì)使電池起火、爆破等喪命缺陷，所以，在運(yùn)用可充鋰電池都會(huì)帶有一塊維護(hù)板來(lái)維護(hù)電芯的安全。
1、電壓保護(hù)能力
過(guò)充電保護(hù)板：保護(hù)板有必要具有防止電芯電壓超越預(yù)設(shè)值的才干過(guò)放電維護(hù)：保護(hù)板有必要具有防止電芯電壓底于預(yù)設(shè)值的才干。
2、電流能力
?。ㄟ^(guò)流保護(hù)電流，短路保護(hù)）
保護(hù)板作為鋰電芯的安全保護(hù)器材，既要在設(shè)備的正常作業(yè)電流規(guī)模內(nèi)，能可靠工作，又要在當(dāng)電池被意外短路或過(guò)流時(shí)能迅速動(dòng)作，使電芯得到保護(hù)。
3、導(dǎo)通電阻
定義：當(dāng)充電電流為500mA時(shí)，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(duì)電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因而保護(hù)板的MOS管開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電阻要小，單節(jié)電芯保護(hù)板通常在《70mΩ，如太大會(huì)導(dǎo)致通訊設(shè)備作業(yè)不正常，如手機(jī)在通話時(shí)突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象。
4、自耗電流
定義：IC作業(yè)電壓為3。6V，空載狀況下，流經(jīng)保護(hù)IC的作業(yè)電流，一般極小。
保護(hù)板的自耗電流直接影響電池的待機(jī)時(shí)刻，通常規(guī)則保護(hù)板的自耗電流小于10微安。
5、機(jī)械功能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力
保護(hù)板有必要能通過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)則的轟動(dòng)，沖擊實(shí)驗(yàn);保護(hù)板在40到85度能安全工作，能經(jīng)受±15KV的非觸摸ESD靜電測(cè)驗(yàn)。
鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成，保護(hù)板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC的主要作用是在高溫環(huán)境下進(jìn)行保護(hù)，防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。
?。厶崾荆軵TC是英文PosiTIvetemperature coefficient的縮寫，意即正溫度系數(shù)電阻（溫度越高，阻值越大）。該元件可起過(guò)流保護(hù)作用，即防止電池高溫放電和不安全的大電流充放電。PTC器件采用高分子材料聚合物，通過(guò)嚴(yán)格的工藝制成，由聚合物樹醋基體及分布在里面的導(dǎo)電粒子組成。在正常情況下，導(dǎo)電粒子在樹醋中構(gòu)成導(dǎo)電通路，器件表現(xiàn)為低阻抗；當(dāng)電路中有過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，流經(jīng)PTC的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合物樹醋基體體積膨脹，因而切斷導(dǎo)電粒子間的連接，從而對(duì)電路起到過(guò)流保護(hù)作用。當(dāng)故障解啥后，該元件可自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，保證電路正常工作。
一、鋰電池的充放電要求
1.鋰電池的充電
單節(jié)鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過(guò)充，否則會(huì)因正極的鋰離子丟失太多而使電池報(bào)廢。對(duì)鋰電池充電時(shí)，應(yīng)采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉(zhuǎn)入恒壓充電模式；當(dāng)恒壓充電電流降至100mA時(shí)，應(yīng)停止充電。
充電電流（mA）可為0.1～1.5倍電池容量，例如：1350mAh的鋰電池，其充電電流可控制在135mA～2025mA之間。常規(guī)充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右，充電時(shí)間約為2～3小時(shí)。
2. 鋰電池的放電
由于鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，放電時(shí)鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證在下次充電時(shí)鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會(huì)縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是說(shuō)鋰電池不能過(guò)放電。單節(jié)鋰電池的放電終止電壓通常為3.0V，最低不能低于2.5V。電池放電時(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。電池放電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量／放電電流，且鋰電池放電電流（mA）不應(yīng)超過(guò)電池容量的3倍，例如：1000mAh的鋰電池，則放電電流應(yīng)嚴(yán)格控制在3A以內(nèi)，否則會(huì)使電池?fù)p壞。
二、保護(hù)電路的組成
保護(hù)電路通常由控制IC、MOs開關(guān)管、熔斷保險(xiǎn)絲、電阻、電容等元件組成，如圖2所示。正常的情況下，控制IC輸出信號(hào)控制MOs開關(guān)管導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立即控制MOS管關(guān)斷，以保護(hù)電芯的安全。
控制IC內(nèi)置高精度電壓檢測(cè)電路和多級(jí)電流檢測(cè)電路。其中，電壓檢測(cè)電路一是對(duì)充電電壓進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到其設(shè)定閾值（通常為3.9V～4.4V），立即進(jìn)入過(guò)充電保護(hù)狀態(tài)；二是對(duì)放電電壓進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到其設(shè)定閾值（通常為2.0V～3.0V ），立即進(jìn)入過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)。
在該電路中，MOS開關(guān)管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封裝形式，其外形如圖3所示。這些MOS開關(guān)管有的內(nèi)含一只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，如FDMC7680，其①～③腳為S極，④腳為G極，⑤～⑧腳為D極，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示；有的內(nèi)含兩只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，如FDW9926A、8205A等，其引腳功能與封裝形式有關(guān)，如圖5所示。
另外，部分鋰電池保護(hù)電路中還安裝有NTC和ID信號(hào)形成元件。NTC是英文NegaTIvetemperature coefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)電阻。該元件在此電路中主要起過(guò)熱保護(hù)作用，即當(dāng)電池自身或其周邊環(huán)境溫度升高時(shí)，NTC元件阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)作出反應(yīng)，若溫度超過(guò)一定值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，停止充放電。ID是IdenTIficaTIon的縮寫，即身份識(shí)別的意思，其信息識(shí)別的元件分為兩種：一是存儲(chǔ)器，常為獸線接口存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息；二是識(shí)別電阻，這兩者均可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。
三、保護(hù)電路工作原理分析
單節(jié)鋰電池的正常輸出電壓約為3.7V，可直接作為手機(jī)、MP3/MP4及部分小屏幕的平板電腦的電源。對(duì)于需要較高電壓的電器而言，如移動(dòng)DVD/EVD或大屏幕平板電腦，這時(shí)可用多節(jié)鋰電池串聯(lián)得到所需電壓，如一款需11.1V供電的平板電腦，則配用電池組件為三塊串聯(lián)的鋰電池。
1、電壓保護(hù)能力
過(guò)充電保護(hù)板：保護(hù)板有必要具有防止電芯電壓超越預(yù)設(shè)值的才干過(guò)放電維護(hù)：保護(hù)板有必要具有防止電芯電壓底于預(yù)設(shè)值的才干。
2、電流能力
?。ㄟ^(guò)流保護(hù)電流，短路保護(hù)）
保護(hù)板作為鋰電芯的安全保護(hù)器材，既要在設(shè)備的正常作業(yè)電流規(guī)模內(nèi)，能可靠工作，又要在當(dāng)電池被意外短路或過(guò)流時(shí)能迅速動(dòng)作，使電芯得到保護(hù)。
3、導(dǎo)通電阻
定義：當(dāng)充電電流為500mA時(shí)，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(duì)電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因而保護(hù)板的MOS管開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電阻要小，單節(jié)電芯保護(hù)板通常在《70mΩ，如太大會(huì)導(dǎo)致通訊設(shè)備作業(yè)不正常，如手機(jī)在通話時(shí)突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象。
4、自耗電流
定義：IC作業(yè)電壓為3。6V，空載狀況下，流經(jīng)保護(hù)IC的作業(yè)電流，一般極小。
保護(hù)板的自耗電流直接影響電池的待機(jī)時(shí)刻，通常規(guī)則保護(hù)板的自耗電流小于10微安。
5、機(jī)械功能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力
保護(hù)板有必要能通過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)則的轟動(dòng)，沖擊實(shí)驗(yàn);保護(hù)板在40到85度能安全工作，能經(jīng)受±15KV的非觸摸ESD靜電測(cè)驗(yàn)。
鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成，保護(hù)板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC的主要作用是在高溫環(huán)境下進(jìn)行保護(hù)，防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。
?。厶崾荆軵TC是英文PosiTIvetemperature coefficient的縮寫，意即正溫度系數(shù)電阻（溫度越高，阻值越大）。該元件可起過(guò)流保護(hù)作用，即防止電池高溫放電和不安全的大電流充放電。PTC器件采用高分子材料聚合物，通過(guò)嚴(yán)格的工藝制成，由聚合物樹醋基體及分布在里面的導(dǎo)電粒子組成。在正常情況下，導(dǎo)電粒子在樹醋中構(gòu)成導(dǎo)電通路，器件表現(xiàn)為低阻抗；當(dāng)電路中有過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，流經(jīng)PTC的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合物樹醋基體體積膨脹，因而切斷導(dǎo)電粒子間的連接，從而對(duì)電路起到過(guò)流保護(hù)作用。當(dāng)故障解啥后，該元件可自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，保證電路正常工作。
一、鋰電池的充放電要求
1.鋰電池的充電
單節(jié)鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過(guò)充，否則會(huì)因正極的鋰離子丟失太多而使電池報(bào)廢。對(duì)鋰電池充電時(shí)，應(yīng)采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉(zhuǎn)入恒壓充電模式；當(dāng)恒壓充電電流降至100mA時(shí)，應(yīng)停止充電。
充電電流（mA）可為0.1～1.5倍電池容量，例如：1350mAh的鋰電池，其充電電流可控制在135mA～2025mA之間。常規(guī)充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右，充電時(shí)間約為2～3小時(shí)。
2. 鋰電池的放電
由于鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，放電時(shí)鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證在下次充電時(shí)鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會(huì)縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是說(shuō)鋰電池不能過(guò)放電。單節(jié)鋰電池的放電終止電壓通常為3.0V，最低不能低于2.5V。電池放電時(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。電池放電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量／放電電流，且鋰電池放電電流（mA）不應(yīng)超過(guò)電池容量的3倍，例如：1000mAh的鋰電池，則放電電流應(yīng)嚴(yán)格控制在3A以內(nèi)，否則會(huì)使電池?fù)p壞。
二、保護(hù)電路的組成
保護(hù)電路通常由控制IC、MOs開關(guān)管、熔斷保險(xiǎn)絲、電阻、電容等元件組成，如圖2所示。正常的情況下，控制IC輸出信號(hào)控制MOs開關(guān)管導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立即控制MOS管關(guān)斷，以保護(hù)電芯的安全。
控制IC內(nèi)置高精度電壓檢測(cè)電路和多級(jí)電流檢測(cè)電路。其中，電壓檢測(cè)電路一是對(duì)充電電壓進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到其設(shè)定閾值（通常為3.9V～4.4V），立即進(jìn)入過(guò)充電保護(hù)狀態(tài)；二是對(duì)放電電壓進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到其設(shè)定閾值（通常為2.0V～3.0V ），立即進(jìn)入過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)。
在該電路中，MOS開關(guān)管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封裝形式，其外形如圖3所示。這些MOS開關(guān)管有的內(nèi)含一只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，如FDMC7680，其①～③腳為S極，④腳為G極，⑤～⑧腳為D極，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示；有的內(nèi)含兩只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，如FDW9926A、8205A等，其引腳功能與封裝形式有關(guān)，如圖5所示。
另外，部分鋰電池保護(hù)電路中還安裝有NTC和ID信號(hào)形成元件。NTC是英文NegaTIvetemperature coefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)電阻。該元件在此電路中主要起過(guò)熱保護(hù)作用，即當(dāng)電池自身或其周邊環(huán)境溫度升高時(shí)，NTC元件阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)作出反應(yīng)，若溫度超過(guò)一定值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，停止充放電。ID是IdenTIficaTIon的縮寫，即身份識(shí)別的意思，其信息識(shí)別的元件分為兩種：一是存儲(chǔ)器，常為獸線接口存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息；二是識(shí)別電阻，這兩者均可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。
三、保護(hù)電路工作原理分析
單節(jié)鋰電池的正常輸出電壓約為3.7V，可直接作為手機(jī)、MP3/MP4及部分小屏幕的平板電腦的電源。對(duì)于需要較高電壓的電器而言，如移動(dòng)DVD/EVD或大屏幕平板電腦，這時(shí)可用多節(jié)鋰電池串聯(lián)得到所需電壓，如一款需11.1V供電的平板電腦，則配用電池組件為三塊串聯(lián)的鋰電池。
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