【導(dǎo)讀】鋰電池保護(hù)板是對(duì)串聯(lián)鋰電池組的充放電保護(hù);在充滿電時(shí)能保證各單體電池之間的電壓差異小于設(shè)定值(一般±20mV),實(shí)現(xiàn)電池組各單體電池的均充,有效地改善了串聯(lián)充電方式下的充電效果;同時(shí)檢測(cè)電池組中各個(gè)單體電池的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫狀態(tài),保護(hù)并延長(zhǎng)電池使用壽命;欠壓保護(hù)使每一單節(jié)電池在放電使用時(shí)避免電池因過(guò)放電而損壞。
前言
有人將電池的充放電就像孩子喝母乳一樣,十分形象:
1,如果一直讓孩子喝,家長(zhǎng)不加以控制,那么這個(gè)奶可能會(huì)被喝光,類(lèi)似電池過(guò)放;
2,如果家長(zhǎng)一直不給孩子喝奶,這個(gè)奶就會(huì)積攢越來(lái)越多,類(lèi)似電池過(guò)充;
3,如果孩子喝奶喝的急,容易嗆奶,類(lèi)似電池的過(guò)電流保護(hù);
對(duì)于鋰電池,如果不能夠科學(xué)喂奶、喝奶,除了可能降低電池使用壽命,有時(shí)可能會(huì)造成電池爆燃、爆炸等危險(xiǎn)場(chǎng)景。那么如何控制這種情況發(fā)生呢?
通常情況下,在鋰電池內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)專(zhuān)用的保護(hù)PCB板,與電池單元封裝在一起。在它的保護(hù)下,可以控制鋰電池的輸出電壓在一個(gè)安全電壓區(qū)間,即電池的充放電終止電壓和截止電壓。
如果電池的工作電壓超出安全范圍,就有可能在電池內(nèi)部發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害,導(dǎo)致電池衰減,體現(xiàn)在電池的內(nèi)阻增加,容量下降。
帶有電池保護(hù)板的鋰電池
鋰電池保護(hù)板
在鋰電池保護(hù)板上通常集成有控制IC、MOS管、電阻電容、保險(xiǎn)絲FUSE等組成,如下圖所示。
常見(jiàn)到的鋰電池保護(hù)板電路圖
圖中的兩個(gè)N溝道MOS管分別控制充電和放電的通斷。并聯(lián)的二極管是MOS管的寄生二極管。
在對(duì)外界口中,TH為溫度檢測(cè),內(nèi)部是一個(gè)10K NTC接到電池負(fù)極;ID是電池在位檢測(cè),一般是47K/10K電阻接到電阻負(fù)極,有的是0R電阻;TH和ID均是選配,并不是所有鋰電池都有的。
過(guò)充保護(hù)
當(dāng)電池充電時(shí),電流從電池包的正極流入,經(jīng)過(guò)FUSE后從負(fù)極流出,最下方的兩個(gè)MOS管均是導(dǎo)通狀態(tài)。如下圖紅色箭頭所示方向:
電池充電時(shí)電流方向如箭頭所示
充電時(shí),控制IC X1會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓,當(dāng)這個(gè)電壓大于等于過(guò)充截止電壓且滿足過(guò)充電壓的延時(shí)時(shí)間時(shí),X1會(huì)通過(guò)控制第3腳來(lái)關(guān)閉MOS管Q2,Q2被關(guān)閉之后,充電回路被切斷(Q2的體二極管D2也是反向截止的),這個(gè)時(shí)候,電池只能放電。
當(dāng)下面兩個(gè)條件滿足其一時(shí),便可以解除充電保護(hù)::1,電芯兩端的電壓下降到保護(hù)IC的過(guò)充恢復(fù)電壓。2,在電池包得輸出端加負(fù)載放電,放電到電壓小于過(guò)充保護(hù)電壓。
過(guò)放保護(hù)
電池兩端向負(fù)載輸出電流時(shí),電流按照下圖的紅色箭頭流動(dòng)。
電池放電時(shí)電流方向如箭頭所示
放電池,控制芯片IC X1將會(huì)通過(guò)第5管腳檢測(cè)C1上的電壓。當(dāng)這個(gè)電壓小于放電截止電壓后并持續(xù)一段時(shí)間,控制IC將會(huì)通過(guò)DO管腳控制Q1截止,此時(shí)放電回路被切斷。
當(dāng)下面條件滿足時(shí),IC X1接觸過(guò)放保護(hù):拿掉負(fù)載,給電池包充電,當(dāng)VM-VDD之間的電壓達(dá)到過(guò)放恢復(fù)電壓值時(shí),控制IC X1會(huì)重新打開(kāi)MOS管Q1。
過(guò)流/短路保護(hù)
過(guò)流保護(hù)則是通過(guò)IC X1第2管腳(VM)檢測(cè)流經(jīng)控制MOS管電壓。如果該電壓過(guò)大并持續(xù)一定時(shí)間,控制IC將會(huì)關(guān)閉Q1,斷開(kāi)放電回路。將輸出端負(fù)載拿掉,控制IC會(huì)自動(dòng)將Q1重新打開(kāi)。
保護(hù)電流為21A鋰電池保護(hù)板
過(guò)流保護(hù)電壓VM常常在0.1 ~ 0.2V,這個(gè)數(shù)值與IC的型號(hào)有關(guān)。
過(guò)流保護(hù)數(shù)值除了與VM有關(guān)之外,也和Q1,Q2兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通電阻有關(guān)系。如果MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻越大,保護(hù)電流值就越小。
如:內(nèi)阻為20mΩ的MOS管,選用的過(guò)電流值為0.15V的控制IC,那過(guò)流保護(hù)的電流應(yīng)為:0.15V/(0.02*2)=3.75A。
控制IC失效時(shí)FUSE保護(hù)
有的保護(hù)板里面會(huì)加上保險(xiǎn)絲,在控制IC失效之后,起到一個(gè)二級(jí)保護(hù)作用,避免更壞的結(jié)果,當(dāng)然也會(huì)增加成本。
保護(hù)電流為100A鋰電池保護(hù)板
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