什么是鋰電池保護板原理圖2021-07-07 08:18
鋰電池保護板主要由維護IC（過壓維護）和MOS管（過流維護）構成，是用來保護鋰電池電芯安全的器材。鋰電池具有放電電流大、內阻低、壽數長、無回憶效應等被人們廣泛運用，鋰離子電池在運用中禁止過充電、過放電、短路，不然將會使電池起火、爆破等喪命缺陷，所以，在運用可充鋰電池都會帶有一塊維護板來維護電芯的安全。
1、電壓保護能力
過充電保護板：保護板有必要具有防止電芯電壓超越預設值的才干過放電維護：保護板有必要具有防止電芯電壓底于預設值的才干。
2、電流能力
?。ㄟ^流保護電流，短路保護）
保護板作為鋰電芯的安全保護器材，既要在設備的正常作業(yè)電流規(guī)模內，能可靠工作，又要在當電池被意外短路或過流時能迅速動作，使電芯得到保護。
3、導通電阻
定義：當充電電流為500mA時，MOS管的導通阻抗。
由于通訊設備的工作頻率較高，數據傳輸要求誤碼率低，其脈沖串的上升及下降沿陡，故對電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因而保護板的MOS管開關導通時電阻要小，單節(jié)電芯保護板通常在《70mΩ，如太大會導致通訊設備作業(yè)不正常，如手機在通話時突然斷線、電話接不通、噪聲等現象。
4、自耗電流
定義：IC作業(yè)電壓為3。6V，空載狀況下，流經保護IC的作業(yè)電流，一般極小。
保護板的自耗電流直接影響電池的待機時刻，通常規(guī)則保護板的自耗電流小于10微安。
5、機械功能、溫度適應能力、抗靜電能力
保護板有必要能通過國標規(guī)則的轟動，沖擊實驗;保護板在40到85度能安全工作，能經受±15KV的非觸摸ESD靜電測驗。
鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC協(xié)同完成，保護板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環(huán)境下時刻準確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時控制電流回路的通斷；PTC的主要作用是在高溫環(huán)境下進行保護，防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。
［提示］PTC是英文PosiTIvetemperature coefficient的縮寫，意即正溫度系數電阻（溫度越高，阻值越大）。該元件可起過流保護作用，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，通過嚴格的工藝制成，由聚合物樹醋基體及分布在里面的導電粒子組成。在正常情況下，導電粒子在樹醋中構成導電通路，器件表現為低阻抗；當電路中有過流現象發(fā)生時，流經PTC的大電流產生的熱量使聚合物樹醋基體體積膨脹，因而切斷導電粒子間的連接，從而對電路起到過流保護作用。當故障解啥后，該元件可自動恢復到初始狀態(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，不能過充，否則會因正極的鋰離子丟失太多而使電池報廢。對鋰電池充電時，應采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉入恒壓充電模式；當恒壓充電電流降至100mA時，應停止充電。
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，充電時間約為2～3小時。
2. 鋰電池的放電
由于鋰電池的內部結構原因，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。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。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關。電池放電時間（小時）＝電池容量／放電電流，且鋰電池放電電流（mA）不應超過電池容量的3倍，例如：1000mAh的鋰電池，則放電電流應嚴格控制在3A以內，否則會使電池損壞。
二、保護電路的組成
保護電路通常由控制IC、MOs開關管、熔斷保險絲、電阻、電容等元件組成，如圖2所示。正常的情況下，控制IC輸出信號控制MOs開關管導通，使電芯與外電路導通，當電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時，它立即控制MOS管關斷，以保護電芯的安全。
控制IC內置高精度電壓檢測電路和多級電流檢測電路。其中，電壓檢測電路一是對充電電壓進行檢測，一旦達到其設定閾值（通常為3.9V～4.4V），立即進入過充電保護狀態(tài)；二是對放電電壓進行檢測，一旦達到其設定閾值（通常為2.0V～3.0V ），立即進入過放電保護狀態(tài)。
在該電路中，MOS開關管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封裝形式，其外形如圖3所示。這些MOS開關管有的內含一只N溝道場效應管，如FDMC7680，其①～③腳為S極，④腳為G極，⑤～⑧腳為D極，其內部結構如圖4所示；有的內含兩只N溝道場效應管，如FDW9926A、8205A等，其引腳功能與封裝形式有關，如圖5所示。
另外，部分鋰電池保護電路中還安裝有NTC和ID信號形成元件。NTC是英文NegaTIvetemperature coefficient的縮寫，意即負溫度系數電阻。該元件在此電路中主要起過熱保護作用，即當電池自身或其周邊環(huán)境溫度升高時，NTC元件阻值降低，使用電設備或充電設備及時作出反應，若溫度超過一定值時，系統(tǒng)進入保護狀態(tài)，停止充放電。ID是IdenTIficaTIon的縮寫，即身份識別的意思，其信息識別的元件分為兩種：一是存儲器，常為獸線接口存儲器，存儲電池種類、生產日期等信息；二是識別電阻，這兩者均可起到產品的可追溯和應用的限制。
三、保護電路工作原理分析
單節(jié)鋰電池的正常輸出電壓約為3.7V，可直接作為手機、MP3/MP4及部分小屏幕的平板電腦的電源。對于需要較高電壓的電器而言，如移動DVD/EVD或大屏幕平板電腦，這時可用多節(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、電壓保護能力
過充電保護板：保護板有必要具有防止電芯電壓超越預設值的才干過放電維護：保護板有必要具有防止電芯電壓底于預設值的才干。
2、電流能力
?。ㄟ^流保護電流，短路保護）
保護板作為鋰電芯的安全保護器材，既要在設備的正常作業(yè)電流規(guī)模內，能可靠工作，又要在當電池被意外短路或過流時能迅速動作，使電芯得到保護。
3、導通電阻
定義：當充電電流為500mA時，MOS管的導通阻抗。
由于通訊設備的工作頻率較高，數據傳輸要求誤碼率低，其脈沖串的上升及下降沿陡，故對電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因而保護板的MOS管開關導通時電阻要小，單節(jié)電芯保護板通常在《70mΩ，如太大會導致通訊設備作業(yè)不正常，如手機在通話時突然斷線、電話接不通、噪聲等現象。
4、自耗電流
定義：IC作業(yè)電壓為3。6V，空載狀況下，流經保護IC的作業(yè)電流，一般極小。
保護板的自耗電流直接影響電池的待機時刻，通常規(guī)則保護板的自耗電流小于10微安。
5、機械功能、溫度適應能力、抗靜電能力
保護板有必要能通過國標規(guī)則的轟動，沖擊實驗;保護板在40到85度能安全工作，能經受±15KV的非觸摸ESD靜電測驗。
鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC協(xié)同完成，保護板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環(huán)境下時刻準確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時控制電流回路的通斷；PTC的主要作用是在高溫環(huán)境下進行保護，防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。
［提示］PTC是英文PosiTIvetemperature coefficient的縮寫，意即正溫度系數電阻（溫度越高，阻值越大）。該元件可起過流保護作用，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，通過嚴格的工藝制成，由聚合物樹醋基體及分布在里面的導電粒子組成。在正常情況下，導電粒子在樹醋中構成導電通路，器件表現為低阻抗；當電路中有過流現象發(fā)生時，流經PTC的大電流產生的熱量使聚合物樹醋基體體積膨脹，因而切斷導電粒子間的連接，從而對電路起到過流保護作用。當故障解啥后，該元件可自動恢復到初始狀態(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，不能過充，否則會因正極的鋰離子丟失太多而使電池報廢。對鋰電池充電時，應采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉入恒壓充電模式；當恒壓充電電流降至100mA時，應停止充電。
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，充電時間約為2～3小時。
2. 鋰電池的放電
由于鋰電池的內部結構原因，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。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。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關。電池放電時間（小時）＝電池容量／放電電流，且鋰電池放電電流（mA）不應超過電池容量的3倍，例如：1000mAh的鋰電池，則放電電流應嚴格控制在3A以內，否則會使電池損壞。
二、保護電路的組成
保護電路通常由控制IC、MOs開關管、熔斷保險絲、電阻、電容等元件組成，如圖2所示。正常的情況下，控制IC輸出信號控制MOs開關管導通，使電芯與外電路導通，當電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時，它立即控制MOS管關斷，以保護電芯的安全。
控制IC內置高精度電壓檢測電路和多級電流檢測電路。其中，電壓檢測電路一是對充電電壓進行檢測，一旦達到其設定閾值（通常為3.9V～4.4V），立即進入過充電保護狀態(tài)；二是對放電電壓進行檢測，一旦達到其設定閾值（通常為2.0V～3.0V ），立即進入過放電保護狀態(tài)。
在該電路中，MOS開關管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封裝形式，其外形如圖3所示。這些MOS開關管有的內含一只N溝道場效應管，如FDMC7680，其①～③腳為S極，④腳為G極，⑤～⑧腳為D極，其內部結構如圖4所示；有的內含兩只N溝道場效應管，如FDW9926A、8205A等，其引腳功能與封裝形式有關，如圖5所示。
另外，部分鋰電池保護電路中還安裝有NTC和ID信號形成元件。NTC是英文NegaTIvetemperature coefficient的縮寫，意即負溫度系數電阻。該元件在此電路中主要起過熱保護作用，即當電池自身或其周邊環(huán)境溫度升高時，NTC元件阻值降低，使用電設備或充電設備及時作出反應，若溫度超過一定值時，系統(tǒng)進入保護狀態(tài)，停止充放電。ID是IdenTIficaTIon的縮寫，即身份識別的意思，其信息識別的元件分為兩種：一是存儲器，常為獸線接口存儲器，存儲電池種類、生產日期等信息；二是識別電阻，這兩者均可起到產品的可追溯和應用的限制。
三、保護電路工作原理分析
單節(jié)鋰電池的正常輸出電壓約為3.7V，可直接作為手機、MP3/MP4及部分小屏幕的平板電腦的電源。對于需要較高電壓的電器而言，如移動DVD/EVD或大屏幕平板電腦，這時可用多節(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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