锂离子电池保护板有什么用2021-06-05 08:32
什么是锂离子电池保护板
锂离子电池保护板是对串联锂离子电池组的充放电保护；在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值（一般±20mV），实现电池组各单体电池的均充，有效地改善了串联充电方式下的充电效果；同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命；欠压保护使每一单节电池在放电使用时防止电池因过放电而损坏。
成品锂离子电池组成重要有两大部分，锂离子电池芯和保护板，锂离子电池芯重要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂离子电池保护板的用途很多人都不了解，锂离子电池保护板，顾名思义就是保护锂离子电池用的，锂离子电池保护板的用途是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护。
锂离子电池保护板技术参数
均衡电流：80mA（VCELL=4.20V时）
均衡起控点：4.18±0.03V过充门限：4.25±0.05V（4.30±0.05V可选）
过放门限：2.90±0.08V（2.40±0.05V可选）
过放延时：5mS
过放释放：断开负载，并且各单体电池电压均高于过放门限；
过流释放：断开负载释放
过温保护：有接口，需安装可恢复性温度保护开关；
工作电流：15A（根据客户选择）
静态功耗：《0.5mA
短路保护功能：能保护，断开负载可自恢复。
重要功能：过充保护功能，过放保护功能，短路保护功能，过流保护功能，过温保护功能，均衡保护功能。
接口含义：该板的充电口与放电口相互独立，两者共正极，B-为连接电池的负极，C-为充电口的负极；p-为放电口的负极；B-、p-、C-焊盘均是过孔式，焊盘孔直径均为3mm;电池各充电检测接口以DC针座形式输出。
参数说明：最大工作电流和过流保护电流值的配置，单位：A（5/8，8/15，10/20，12/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊过流值可以按客户要求定制。
锂离子电池保护板原理
锂离子电池（可充型）之所以要保护，是由它本身特性决定的。由于锂离子电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂离子电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。
锂离子电池的保护功能通常由保护电路板和pTC等电流器件协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，及时控制电流回路的通断；pTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。
普通锂离子电池保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件FUSE、pTC、NTC、ID、存储器等。其中控制IC，在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外电路导通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制MOS开关关断，保护电芯的安全。
在保护板正常的情况下，Vdd为高电平，Vss，VM为低电平，DO、CO为高电平，当Vdd，Vss，VM任何一项参数变换时，DO或CO端的电平将发生变化。
1、过充电检出电压：在通常状态下，Vdd逐渐提升至CO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。
2、过充电解除电压：在充电状态下，Vdd逐渐降低至CO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。
3、过放电检出电压：通常状态下，Vdd逐渐降低至DO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。
4、过放电解除电压：在过放电状态下，Vdd逐渐上升到DO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。
5、过电流1检出电压：在通常状态下，VM逐渐升至DO由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。
6、过电流2检出电压：在通常状态下，VM从OV起以1ms以上4ms以下的速度升到DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。
7、负载短路检出电压：在通常状态下，VM以OV起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。
8、充电器检出电压：在过放电状态下，VM以OV逐渐下降至DO由低电平变为变为高电平时VM-VSS间电压。
9、通常工作时消耗电流：在通常状态下，流以VDD端子的电流（IDD）即为通常工作时消耗电流。
10、过放电消耗电流：在放电状态下，流经VDD端子的电流（IDD）即为过流放电消耗电流。
1、通常状态：电池电压在过放电检出电压以上（2.75V以上），过充电检出电压以下（4.3V以下），VM端子的电压在充电器检出电压以上，在过电流/检出电压以下（OV）的情况下，IC通过监视连接在VDD-VSS间的电压差及VM-VSS间的电压差而控制MOS管，DO、CO端都为高电平，MOS管处导通状态，这时可以自由的充电和放电；
当电池被充电使电压超过设定值VC（4.25-4.35V）后，VD1翻转使Cout变为低电平，T1截止，充电停止，当电池电压回落至VCR（3.8-4.1V）时，Cout变为高电平，T1导通充电继续，VCR小于VC一个定值，以防止电流频繁跳变。
当电池电压因放电而降低至设定值VD（2.3-2.5V）时，VD2翻转，以IC内部固定的短时间延时后，使Dout变为低电平，T2截止，放电停止。
当电路放电电流超过设定值或输出被短路时，过流、短路检测电路动作，使MOS管（T2）关断，电流截止。
该保护回路由两个MOSFET（T1、T2）和一个控制IC（N1）外加一些阻容元件构成。控制
IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关用途，分别控
制着充电回路与放电回路的导通与关断，C2为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保
护与短路保护功能，其工作原理分析如下：
1、正常状态
在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。
此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。
2、过充电保护
锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V（根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V），转为恒压充电，直至电流越来越小。
电池在被充电过程中，假如充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。
在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.28V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使T1由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护用途。而此时由于T1自带的体二极管VD1的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。
在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断T1信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由C2决定，通常设为1秒左右，以防止因干扰而造成误判断。
3、过放电保护
电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时假如让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。
在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使T2由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护用途。而此时由于T2自带的体二极管VD2的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。
由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到电池电压低于2.3V至发出关断T2信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C2决定，通常设为100毫秒左右，以防止因干扰而造成误判断。
4、过电流保护
由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C（C=电池容量/小时），当电池超过2C电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。
电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端出现一个电压，该电压值U=I*RDS*2，RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使U》0.1V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使T2由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护用途。
在控制IC检测到过电流发生至发出关断T2信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C2决定，通常为13毫秒左右，以防止因干扰而造成误判断。
在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值，还取决于MOSFET的导通阻抗，当MOSFET导通阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小。
5、短路保护
电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U》0.9V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，控制IC则判断为负载短路，其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压，使T2由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护用途。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不相同。
锂离子电池保护板有什么用途
它是一块电子电路的控制板，它负责监控制保护着电池组里每节电池的电压，防止过放电和过充电，因为电池组有串联和并联的，某组其中串联的电池充电时电流是相同的，假如几个电池的容量不相同，充电时，当一节充满时，其它的还没有充满，假如你再充，那么满的那节就过充电了，所以仅仅简单的测量串联电池的总电压来反映电池的充满情况是不正确的。它会让不平衡的电池加速损坏。因此要有一块控制板来对每节电池进行监测。
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