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锂电池保护板知识培训 一 电池各种封装结构简介 方案优势 该方案适用面广 外形灵活多样 过程工艺相对简单 方案不足 不能最大限度的利用电池仓空间 2 打胶系列 方案优势 电池空间利用率高 成品尺寸较小 方案不足 A 因该方案公差易产生一定累积 而国产电芯尺寸的公差远大于进口电芯 该方案一般不适用使用国产电芯方案 3 低压注塑系列 方案优势 采用AB胶可保证下支架与电芯粘接的强度 采用低压注塑 可有效解决电芯等原材料公差 组装过程的累积误差对成品尺寸的影响 保证了成品尺寸精度 方案不足 A Connector一般使用金手指 B 因进口电芯防爆阀一般在电芯前端 注塑过程需对电芯安全阀作特别保护 4 X PACK系列 方案优势 该方案适用面广 过程工艺自动化程度高 适用范围 适用与使用容量体积比相对较高的大容量聚合物电芯 3 锂电池的主要性能 Batterypack指标 1 电池的容量 使用者最容易感受到的一个指标 如待机时间 通话时间 2 电池的内阻 内阻主要是由电芯 MOSFET PTC或FUSE 镍带及导线组成 它反应的是动态电流在相关内阻中的形成的导通压降 3 电池的荷电保持能力 指电池自身放电的大小 自放电由两部份组成 A 电芯的自放电 B 保护板 主要是保护IC 的自放电 4 电池的循环寿命 反映的是电芯的充放电循环次数 好的电芯的循环次数应该要大于400次 5 电池的安全性 是Batterypack的安全性能 Batterypack的安全性要从电芯 工艺设计和保护控制设计等几方面考虑 6 电池的功能性 除了pack必须的几个功能外 有的带电压调整 存储数据 带充电电路 振动等 Batterypack参数 1 充电方式 CC CV通常是先恒流 后恒压 所以在选用充电器时应特别注意 采用座式充电器对电池进行充电推荐采用0 3 0 6C电流进行CC充电 保证了电池安全和控制电池的充电总时间 CV恒压值定在4 16 4 24 避免过充电对电池造成损伤 2 最大放电电流 1C3 最大充电电流 1C4 放电温度范围 20 60 5 充电温度范围 0 45 电芯通常在低于0 时 内部的活性成分很弱 内阻相对会变的比较大 充电的效果是很差 因此不建议放在过低的温度下充电 过高的温度下充电对电芯也是不利的 6 最高充电电压 4 24V7 最低放电电压 2 75V 锂电池的使用电压特性 锂电池的电压过高或过低都会造成严重的问题 根据实际使用情况 划分几个区域 不同的电芯制造商虽然有所区别但区别不大 Li ionBatteryDischargeCurve 放电曲线中 放电时间与放电电压并不是成线性关系 放电中3 5v 4 0v在整个放电曲线中是占用时间最长的 小于3 5v后放电的曲线就很陡了 C Rate Capacity 1ChExample Capacity 1000mAh 1C 1000mA Non Linearity 二 锂电池保护电路工作原理 由于锂离子电池的化学特性 在正常使用过程中 其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应 但在某些条件下 如对其过充电 过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应 该副反应加剧后会严重影响电池的性能与使用寿命 并可能产生大量气体 使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题 因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路 用于对电池的充 放电状态进行有效监测 并在某些条件下关断充 放电回路以防止对电池发生损害 二 锂电池保护电路工作原理 保护板的功能保护板常见的功能有 过充电保护 过放电保护 短路 过流保护 温度保护 充电电流 电压控制等功能 保护板的主要元件 二 锂电池保护电路工作原理 锂电池保护的主要项目 1 电池过充电保护2 电池过放电保护3 电池过电流保护与短路保护4 一级保护IC失效后的二级PTC或FUSE保护 保护IC ID电阻 电芯 热敏电阻 MOSFET PTC或FUSE 上图是典型的锂离子保护电路的原理图 在有些电池中TH及ID是没有的 PTC及FUSE是可选的 主要根据客户的要求选用 其它的器件都是必须的 IC个引脚功能 VDD是IC电源正极 VSS是电源负极 VM是过流 短路检测端 Do是放电保护执行端 Co是充电保护执行端 1 过充电压保护原理 在通常状态MOSFET中的Q1 Q2是导通的 从图中可看到Charger的电流从Batterypack的 端进入 经过FUSE到电芯的正级然后从电芯的负级端输出 流经MOSFET的Q1 Q2 最后从Batterypack的 端输出 在充电中 保护IC N1 时时监测第5脚 VDD 与第6脚 VSS 之间的端电压 端电压的值如果大等于过充电电压且达到过充电压的延时时间 保护IC则通过第3脚关闭Q2 所以当Q2被关闭后 虽然Q2有个体二极管 对于当前的电流流向是反向的 整个充电回路被切断 这时只能放电 过充解除条件是 满足条件之一 a 电芯两端的电压下降到保护IC的过充恢复电压 b 在pack的输出端加负载放电 放电到电压小于过充保护电压 2 过放电压保护原理 在正常状态下N2的Q1 Q2是导通的 当在电池的输出端加负载时 电流的流相正好与充电的流相是相反的 保护IC N1 时时监测第5脚 VDD 与第6脚 VSS 之间的端电压 端电压的值如果小等于过放电电压且达到过放电压的延时时间 保护IC则通过第1脚关闭Q1 所以当Q1被关闭后 虽然Q1有个体二极管 对于当前的电流流向是反向的 整个放电回路被切断 这时只能充电 过放电解除方法是 去除负载 在pack的正负端加正相充电电压 当VDD VSS间的电压达到过放恢复电压值时 N1的DO端会送出高电平重新开通Q1 3 过电流保护原理 过电流保护指的是过放电流的保护 通常的保护IC至少有两重过电流保护 过电流1及短路保护 保护IC检测的是VSS VM端的电压值 当电压值达到过电流1或短路保护的阀值且达到相对的延时时间时 保护IC将DO端断开关闭Q1 使得放电回路切断 过电流解除的条件是pack的输出端的负载去除 保护IC会自动将DO脚置为高电平导通Q1 过电流1的电压值一般是0 1V 0 3V之间 根据不同的保护IC有不同的值 短路检测的电压值通常是0 9V 2V 这也是根据保护IC的不同而不同 这个电压值是指通过电流流经MOSFETQ1 Q2后在上面得到的导通压降 所以过电流保护的大小与选用的MOSFET的导通电阻是有密切关系的 MOSFET的导通电阻越大反映出的保护电流值就越小 如 内阻为20m 的MOSFET 选用的过电流1的值为0 15v的保护IC 那过电流1的保护电流应为 0 15v 0 02 2 3 75A 以下列举一个精工的保护IC参数 如S 8261ABRMD 主要保护参数 1 过充电保护电压 4 275V2 过充电保护恢复电压 4 075V3 过放电保护电压 2 5V4 过放电保护恢复电压 2 9V5 过电流1检测电压保护值 0 15V6 短路保护电压 1 2V 建议不采用过充电保护电压超过4 325V的保护值 过高的电压安全性不好 4其他保护功能 FUSE 当保护板的IC MOS由于静电或是其他因素而失效 FUSE则起到了至关重要的作用 在电池短路或者是过流情况下 FUSE挺身而出 靠熔断自己来切断整个回路 彻底进行保护 但由于进行得太彻底 无法进行自恢复 从而报废了整个电池 只有重新更换新的保护板 另外 如果设计失误 很可能造成FUSE比IC提前动作 过早的切断回路 优点 内阻 体积小缺点 无法自恢复 熔断时间控制难PTC PTC的主要特性就是可以自恢复 当回路电流过大 温度过高 其阻值剧增 甚至绝缘 当这些异常因素撤销的时候 自身会自动恢复 将阻值减小 恢复到正常工作状态 优点 可自行恢复 减少返修缺点 内阻 体积大温度保护 原理同PTC NTC T端口 的作用 当电池工作时 没有发生过充 过放或过流 短路等情况 而是由于工作时间太长 导致电芯温度上升很快 而NTC电阻紧贴电芯监测电芯温度 随着温度上升NTC阻值逐渐下降 用电器CPU发现了这个变化 当阻值下降到CPU设定值时 CPU即发出关机指令 让电池停止对其供电 只维持很小的待机电流 达到保护电池的目的 谢谢大家