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鋰離子電池保護(hù)板有什么用2021-06-05 08:32



什么是鋰離子電池保護(hù)板

鋰離子電池保護(hù)板是對串聯(lián)鋰離子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)檢測電池組中各個(gè)單體電池的過壓、欠壓、過流、短路、過溫狀態(tài),保護(hù)并延長電池使用壽命;欠壓保護(hù)使每一單節(jié)電池在放電使用時(shí)防止電池因過放電而損壞。

成品鋰離子電池組成重要有兩大部分,鋰離子電池芯和保護(hù)板,鋰離子電池芯重要由正極板、隔膜、負(fù)極板、電解液組成;正極板、隔膜、負(fù)極板纏繞或?qū)盈B,包裝,灌注電解液,封裝后即制成電芯,鋰離子電池保護(hù)板的用途很多人都不了解,鋰離子電池保護(hù)板,顧名思義就是保護(hù)鋰離子電池用的,鋰離子電池保護(hù)板的用途是保護(hù)電池不過放、不過充、不過流,還有就是輸出短路保護(hù)。

鋰離子電池保護(hù)板技術(shù)參數(shù)

均衡電流:80mA(VCELL=4.20V時(shí))

均衡起控點(diǎn):4.18±0.03V過充門限:4.25±0.05V(4.30±0.05V可選)

過放門限:2.90±0.08V(2.40±0.05V可選)

過放延時(shí):5mS

過放釋放:斷開負(fù)載,并且各單體電池電壓均高于過放門限;

過流釋放:斷開負(fù)載釋放

過溫保護(hù):有接口,需安裝可恢復(fù)性溫度保護(hù)開關(guān);

工作電流:15A(根據(jù)客戶選擇)

靜態(tài)功耗:《0.5mA

短路保護(hù)功能:能保護(hù),斷開負(fù)載可自恢復(fù)。

重要功能:過充保護(hù)功能,過放保護(hù)功能,短路保護(hù)功能,過流保護(hù)功能,過溫保護(hù)功能,均衡保護(hù)功能。

接口含義:該板的充電口與放電口相互獨(dú)立,兩者共正極,B-為連接電池的負(fù)極,C-為充電口的負(fù)極;p-為放電口的負(fù)極;B-、p-、C-焊盤均是過孔式,焊盤孔直徑均為3mm;電池各充電檢測接口以DC針座形式輸出。

參數(shù)說明:最大工作電流和過流保護(hù)電流值的配置,單位:A(5/8,8/15,10/20,12/25,15/30,20/40,25/35,30/50,35/60,50/80,80/100),特殊過流值可以按客戶要求定制。

鋰離子電池保護(hù)板原理

鋰離子電池(可充型)之所以要保護(hù),是由它本身特性決定的。由于鋰離子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,因此鋰離子電池鋰電組件總會跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。

鋰離子電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和pTC等電流器件協(xié)同完成,保護(hù)板是由電子電路組成,在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流,及時(shí)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。

普通鋰離子電池保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、pTC、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,使電芯與外電路導(dǎo)通,而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí),它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷,保護(hù)電芯的安全。

在保護(hù)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(dāng)Vdd,Vss,VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時(shí),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r(shí)VDD-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r(shí)VDD-VSS間電壓。

3、過放電檢出電壓:通常狀態(tài)下,Vdd逐漸降低至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-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(shí)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r(shí)VM-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r(shí)VM-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r(shí)VM-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r(shí)VM-VSS間電壓。

9、通常工作時(shí)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(shí)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。

1、通常狀態(tài):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間的電壓差而控制MOS管,DO、CO端都為高電平,MOS管處導(dǎo)通狀態(tài),這時(shí)可以自由的充電和放電;

當(dāng)電池被充電使電壓超過設(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(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時(shí),Cout變?yōu)楦唠娖?,T1導(dǎo)通充電繼續(xù),VCR小于VC一個(gè)定值,以防止電流頻繁跳變。

當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD(2.3-2.5V)時(shí),VD2翻轉(zhuǎn),以IC內(nèi)部固定的短時(shí)間延時(shí)后,使Dout變?yōu)榈碗娖?,T2截止,放電停止。

當(dāng)電路放電電流超過設(shè)定值或輸出被短路時(shí),過流、短路檢測電路動(dòng)作,使MOS管(T2)關(guān)斷,電流截止。

該保護(hù)回路由兩個(gè)MOSFET(T1、T2)和一個(gè)控制IC(N1)外加一些阻容元件構(gòu)成。控制

IC負(fù)責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流,并控制兩個(gè)MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關(guān)用途,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(shí)電容,該電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保

護(hù)與短路保護(hù)功能,其工作原理分析如下:

1、正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓,兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài),電池可以自由地進(jìn)行充電和放電,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。

此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級,通常小于7μA。

2、過充電保護(hù)

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,隨著充電過程,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。

電池在被充電過程中,假如充電器電路失去控制,會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電,此時(shí)電池電壓仍會繼續(xù)上升,當(dāng)電池電壓被充電至超過4.3V時(shí),電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇,會導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。

在帶有保護(hù)電路的電池中,當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達(dá)到4.28V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時(shí),其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使T1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了充電回路,使充電器無法再對電池進(jìn)行充電,起到過充電保護(hù)用途。而此時(shí)由于T1自帶的體二極管VD1的存在,電池可以通過該二極管對外部負(fù)載進(jìn)行放電。

在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷T1信號之間,還有一段延時(shí)時(shí)間,該延時(shí)時(shí)間的長短由C2決定,通常設(shè)為1秒左右,以防止因干擾而造成誤判斷。

3、過放電保護(hù)

電池在對外部負(fù)載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí),其容量已被完全放光,此時(shí)假如讓電池繼續(xù)對負(fù)載放電,將造成電池的永久性損壞。

在電池放電過程中,當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時(shí),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,從而切斷了放電回路,使電池?zé)o法再對負(fù)載進(jìn)行放電,起到過放電保護(hù)用途。而此時(shí)由于T2自帶的體二極管VD2的存在,充電器可以通過該二極管對電池進(jìn)行充電。

由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低,因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小,此時(shí)控制IC會進(jìn)入低功耗狀態(tài),整個(gè)保護(hù)電路耗電會小于0.1μA。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷T2信號之間,也有一段延時(shí)時(shí)間,該延時(shí)時(shí)間的長短由C2決定,通常設(shè)為100毫秒左右,以防止因干擾而造成誤判斷。

4、過電流保護(hù)

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(shí)),當(dāng)電池超過2C電流放電時(shí),將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。

電池在對負(fù)載正常放電過程中,放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí),由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,會在其兩端出現(xiàn)一個(gè)電壓,該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗,控制IC上的“V-”腳對該電壓值進(jìn)行檢測,若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓#够芈冯娏髟龃?,?dāng)回路電流大到使U》0.1V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時(shí),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,從而切斷了放電回路,使回路中電流為零,起到過電流保護(hù)用途。

在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷T2信號之間,也有一段延時(shí)時(shí)間,該延時(shí)時(shí)間的長短由C2決定,通常為13毫秒左右,以防止因干擾而造成誤判斷。

在上述控制過程中可知,其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值,還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí),對同樣的控制IC,其過電流保護(hù)值越小。

5、短路保護(hù)

電池在對負(fù)載放電過程中,若回路電流大到使U》0.9V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時(shí),控制IC則判斷為負(fù)載短路,其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使T2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護(hù)用途。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短,通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護(hù)類似,只是判斷方法不同,保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不相同。

鋰離子電池保護(hù)板有什么用途

它是一塊電子電路的控制板,它負(fù)責(zé)監(jiān)控制保護(hù)著電池組里每節(jié)電池的電壓,防止過放電和過充電,因?yàn)殡姵亟M有串聯(lián)和并聯(lián)的,某組其中串聯(lián)的電池充電時(shí)電流是相同的,假如幾個(gè)電池的容量不相同,充電時(shí),當(dāng)一節(jié)充滿時(shí),其它的還沒有充滿,假如你再充,那么滿的那節(jié)就過充電了,所以僅僅簡單的測量串聯(lián)電池的總電壓來反映電池的充滿情況是不正確的。它會讓不平衡的電池加速損壞。因此要有一塊控制板來對每節(jié)電池進(jìn)行監(jiān)測。

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