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鋰電池保護板原理詳細分析—下篇

生活百科短路容量

鋰電池（可充型）之所以需求維護，是由它自身特性決議的 。因為鋰電池自身的材料決議了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電，因而鋰電池鋰電組件總會跟著一塊精致的維護板和一片電流保險器呈現 。鋰電馬工帶你看看鋰電保護板！
【鋰電池保護板原理詳細分析—下篇】典型的鋰電池保護電路
由于鋰電池的化學特性，在正常使用過程中，其內部進行電能與化學能相互轉化的化學正反應，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內部發生化學副反應，該副反應加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命 ， 并可能產生大量氣體 ， 使電池內部壓力迅速增大后爆炸而導致安全問題，因此所有的鋰電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態進行有效監測 ， 并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發生損害
下圖為一個典型的鋰電池保護電路原理圖 。
如上圖所示，該保護回路由兩個ＭＯＳＦＥＴ（Ｖ１、Ｖ２）和一個控制ＩＣ（Ｎ１）外加一些阻容元件構成 。控制ＩＣ負責監測電池電壓與回路電流，并控制兩個ＭＯＳＦＥＴ的柵極，ＭＯＳＦＥＴ在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷，Ｃ３為延時電容，該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能，其工作原理分析如下：
１、正常狀態
在正常狀態下電路中Ｎ１的“ＣＯ”與“ＤＯ”腳都輸出高電壓 ， 兩個ＭＯＳＦＥＴ都處于導通狀態，電池可以自由地進行充電和放電，由于ＭＯＳＦＥＴ的導通阻抗很?。?ǔＰ∮冢常昂僚罰?因此其導通電阻對電路的性能影響很小 。此狀態下保護電路的消耗電流為μＡ級 ， 通常小于７μＡ 。
２、過充電保護
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（根據正極材料不同，有的電池要求恒壓值為４．１Ｖ），轉為恒壓充電，直至電流越來越小 。電池在被充電過程中 ， 如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過４．２Ｖ后繼續恒流充電，此時電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超過４．３Ｖ時 ， 電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現安全問題 。在帶有保護電路的電池中 ， 當控制ＩＣ檢測到電池電壓達到４．２８Ｖ（該值由控制ＩＣ決定，不同的ＩＣ有不同的值）時 ， 其“ＣＯ”腳將由高電壓轉變為零電壓，使Ｖ２由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用 。而此時由于Ｖ２自帶的體二極管ＶＤ２的存在 ， 電池可以通過該二極管對外部負載進行放電 。在控制ＩＣ檢測到電池電壓超過４．２８Ｖ至發出關斷Ｖ２信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由Ｃ３決定，通常設為１秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷 。
３、短路保護
電池在對負載放電過程中，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 ， 控制ＩＣ則判斷為負載短路，其“ＤＯ”腳將迅速由高電壓轉變為零電壓 ， 使Ｖ１由導通轉為關斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用 。短路保護的延時時間極短，通常小于７微秒 。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣 。除了控制ＩＣ外，電路中還有一個重要元件，就是ＭＯＳＦＥＴ，它在電路中起著開關的作用 ， 由于它直接串接在電池與外部負載之間，因此它的導通阻抗對電池的性能有影響，當選用的ＭＯＳＦＥＴ較好時，其導通阻抗很小，電池包的內阻就?。?帶載能力也強，在放電時其消耗的電能也少 。
４、過電流保護
由于鋰離子電池的化學特性，電池生產廠家規定了其放電電流最大不能超過２Ｃ（Ｃ＝電池容量／小時），當電池超過２Ｃ電流放電時，將會導致電池的永久性損壞或出現安全問題 。電池在對負載正常放電過程中，放電電流在經過串聯的２個ＭＯＳＦＥＴ時，由于ＭＯＳＦＥＴ的導通阻抗，會在其兩端產生一個電壓 ， 該電壓值Ｕ＝Ｉ＊ＲＤＳ＊２，ＲＤＳ為單個ＭＯＳＦＥＴ導通阻抗，控制ＩＣ上的“Ｖ－”腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因導致異常，使回路電流增大，當回路電流大到使Ｕ＞０．１Ｖ（該值由控制ＩＣ決定鋰離子電池充電和放點原理，不同的ＩＣ有不同的值）時，其“ＤＯ”腳將由高電壓轉變為零電壓 ， 使Ｖ１由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路 ， 使回路中電流為零，起到過電流保護作用 。在控制ＩＣ檢測到過電流發生至發出關斷Ｖ１信號之間 ， 也有一段延時時間，該延時時間的長短由Ｃ３決定 ， 通常為１３毫秒左右，以避免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的導通阻抗 ， 當ＭＯＳＦＥＴ導通阻抗越大時，對同樣的控制ＩＣ，其過電流保護值越小 。
５、過放電保護
電池在對外部負載放電過程中 ， 其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當電池電壓降至２．５Ｖ時 ， 其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續對負載放電，將造成電池的永久性損壞 。在電池放電過程中 ， 當控制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）時鋰離子電池充電和放點原理，其“ＤＯ”腳將由高電壓轉變為零電壓，使Ｖ１由導通轉為關斷 ， 從而切斷了放電回路，使電池無法再對負載進行放電 ， 起到過放電保護作用 。而此時由于Ｖ１自帶的體二極管ＶＤ１的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電 。由于在過放電保護狀態下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極小，此時控制ＩＣ會進入低功耗狀態，整個保護電路耗電會小于０．１μＡ 。在控制ＩＣ檢測到電池電壓低于２．３Ｖ至發出關斷Ｖ１信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由Ｃ３決定，通常設為１００毫秒左右 ， 以避免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，還取決于的導通阻抗 ， 當導通阻抗越大時，對同樣的控制IC，其過電流保護值越小 。
5、短路保護
電池在對負載放電過程中，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，控制IC則判斷為負載短路 ， 其“DO”腳將迅速由高電壓轉變為零電壓，使T2由導通轉為關斷 ， 從而切斷放電回路，起到短路保護作用 。短路保護的延時時間極短，通常小于7微秒 。其工作原理與過電流保護類似 ， 只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣 。
所有的鋰電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態進行有效監測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發生損害！
鋰電老兵馬工，為你分享鋰電故事！
本文到此結束，希望對大家有所幫助 。