蓄電池有保護(hù)板嗎？鋰電池保護(hù)板原理2021-03-29 08:37
電池保護(hù)板，顧名思義鋰電池保護(hù)板主要是針對可充電（一般指鋰電池）起保護(hù)作用的集成電路板。鋰電池（可充型）之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰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，因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊帶采樣電阻的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。
鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC或TCO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，即時(shí)控制電流回路的通斷；PTC或TCO在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、JEPSUN捷比信精密電阻及輔助器件NTC、ID存儲(chǔ)器,PCB等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立刻（數(shù)十毫秒）控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。
NTC是Negativetemperaturecoefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時(shí)，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。
ID存儲(chǔ)器常為單線接口存儲(chǔ)器，ID是Identification的縮寫即身份識(shí)別的意思，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息?？善鸬疆a(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。
PTC是英文PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)。專業(yè)里面通常把正溫度系數(shù)器件簡稱為PTC，電池產(chǎn)品里PTC可以防止電池高溫放電和不安全的大電流的發(fā)生，根據(jù)電池的電壓、電流密度特性和應(yīng)用環(huán)境，對PTC有專門的要求。
PTC是電池組件產(chǎn)品里一個(gè)非常重要的部件，對電池的安全擔(dān)負(fù)著重要使命，它本身的性能和品質(zhì)也是電池組性能和品質(zhì)的一個(gè)重要因數(shù)。
保護(hù)板對單一電芯保護(hù)時(shí)，保護(hù)板設(shè)計(jì)會(huì)相對簡單，技術(shù)性較高的地方在于，比如對動(dòng)力電池保護(hù)板設(shè)計(jì)需要注意的電壓平臺(tái)問題，動(dòng)力電池在使用中往往被要求很大的平臺(tái)電壓，所以設(shè)計(jì)保護(hù)板時(shí)盡量使保護(hù)板不影響電芯放電的電壓，這樣對控制IC，精密電阻等元件的要求就會(huì)很高，一般國產(chǎn)IC能滿足大多數(shù)產(chǎn)品要求，特殊可以采用進(jìn)口產(chǎn)品，電流采樣電阻則需要使用JEPSUN捷比信電阻，以滿足高精密度，低溫度系數(shù)，無感等要求。對多電芯保護(hù)板設(shè)計(jì)，則有更高的技術(shù)要求，按照不同的需要，設(shè)計(jì)復(fù)雜程度各不相同的產(chǎn)品。
電池保護(hù)板工作原理
鋰電池保護(hù)板根據(jù)使用IC,電壓等不同而電路及參數(shù)有所不同,常用的保護(hù)IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等，其中精工的8261系列精度更好，當(dāng)然價(jià)錢也更貴。后面幾種都是臺(tái)灣出的，國內(nèi)次級(jí)市場基本都用DW01+和CS213了，下面以DW01+配MOS管8205A（8pin）進(jìn)行講解:
鋰電池保護(hù)板其正常工作過程為:
當(dāng)電芯電壓在2.5V至4.3V之間時(shí)，DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等于供電電壓)，第二腳電壓為0V。此時(shí)DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到8205A的第5、4腳，8205A內(nèi)的兩個(gè)電子開關(guān)因其G極接到來自DW01的電壓，故均處于導(dǎo)通狀態(tài)，即兩個(gè)電子開關(guān)均處于開狀態(tài)。此時(shí)電芯的負(fù)極與保護(hù)板的P-端相當(dāng)于直接連通，保護(hù)板有電壓輸出。
保護(hù)板過放電保護(hù)控制原理:
當(dāng)電芯通過外接的負(fù)載進(jìn)行放電時(shí),電芯的電壓將慢慢降低,同時(shí)DW01內(nèi)部將通過R1電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測電芯電壓,當(dāng)電芯電壓下降到約2.3V時(shí)DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過放電電壓狀態(tài)，便立即斷開第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第5腳無電壓而關(guān)閉。此時(shí)電芯的B-與保護(hù)板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護(hù)板處于過放電狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板的P與P-間接上充電電壓后，DW01經(jīng)B-檢測到充電電壓后便立即停止過放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過放電控制管導(dǎo)通，即電芯的B-與保護(hù)板的P-又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。
保護(hù)板過充電保護(hù)控制原理:
當(dāng)電池通過充電器正常充電時(shí),隨著充電時(shí)間的增加,電芯的電壓將越來越高，當(dāng)電芯電壓升高到4.4V時(shí),DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過充電電壓狀態(tài)，便立即斷開第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第4腳無電壓而關(guān)閉。此時(shí)電芯的B-與保護(hù)板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電。保護(hù)板處于過充電狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板的P與P-間接上放電負(fù)載后，因此時(shí)雖然過充電控制開關(guān)管關(guān)閉,但其內(nèi)部的二極管正方向與放電回路的方向相同,故放電回路可以進(jìn)行放電,當(dāng)電芯的電壓被放到低于4.3V時(shí),DW01停止過充電保護(hù)狀態(tài)重新在第3腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過充電控制管導(dǎo)通，即電芯的B-與保護(hù)板P-又重新接上，電芯又能進(jìn)行正常的充放電.
保護(hù)板短路保護(hù)控制原理:
如圖所示，在保護(hù)板對外放電的過程中，8205A內(nèi)的兩個(gè)電子開關(guān)并不完全等效于兩個(gè)機(jī)械開關(guān)，而是等效于兩個(gè)電阻很小的電阻，并稱為8205A的導(dǎo)通內(nèi)阻，每個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻約為30m\U03a9共約為60m\U03a9，加在G極上的電壓實(shí)際上是直接控制每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通電阻的大小當(dāng)G極電壓大于1V時(shí)，開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很小(幾十毫歐)，相當(dāng)于開關(guān)閉合，當(dāng)G極電壓小于0.7V以下時(shí)，開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很大(幾MΩ)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。電壓UA就是8205A的導(dǎo)通內(nèi)阻與放電電流產(chǎn)生的電壓，負(fù)載電流增大則UA必然增大,因UA0.006L×IUA又稱為8205A的管壓降，UA可以簡接表明放電電流的大小。上升到0.2V時(shí)便認(rèn)為負(fù)載電流到達(dá)了極限值，于是停止第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V、8205A內(nèi)的放電控制管關(guān)閉，切斷電芯的放電回路，將關(guān)斷放電控制管。換言之DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實(shí)現(xiàn)了過電流保護(hù)。
短路保護(hù)控制過程:
短路保護(hù)是過電流保護(hù)的一種極限形式，其控制過程及原理與過電流保護(hù)一樣，短路只是在相當(dāng)于在PP-間加上一個(gè)阻值小的電阻(約為0Ω)使保護(hù)板的負(fù)載電流瞬時(shí)達(dá)到10A以上，保護(hù)板立即進(jìn)行過電流保護(hù)。
鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC或TCO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，即時(shí)控制電流回路的通斷；PTC或TCO在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、JEPSUN捷比信精密電阻及輔助器件NTC、ID存儲(chǔ)器,PCB等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立刻（數(shù)十毫秒）控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。
NTC是Negativetemperaturecoefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時(shí)，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。
ID存儲(chǔ)器常為單線接口存儲(chǔ)器，ID是Identification的縮寫即身份識(shí)別的意思，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息?？善鸬疆a(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。
PTC是英文PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)。專業(yè)里面通常把正溫度系數(shù)器件簡稱為PTC，電池產(chǎn)品里PTC可以防止電池高溫放電和不安全的大電流的發(fā)生，根據(jù)電池的電壓、電流密度特性和應(yīng)用環(huán)境，對PTC有專門的要求。
PTC是電池組件產(chǎn)品里一個(gè)非常重要的部件，對電池的安全擔(dān)負(fù)著重要使命，它本身的性能和品質(zhì)也是電池組性能和品質(zhì)的一個(gè)重要因數(shù)。
保護(hù)板對單一電芯保護(hù)時(shí)，保護(hù)板設(shè)計(jì)會(huì)相對簡單，技術(shù)性較高的地方在于，比如對動(dòng)力電池保護(hù)板設(shè)計(jì)需要注意的電壓平臺(tái)問題，動(dòng)力電池在使用中往往被要求很大的平臺(tái)電壓，所以設(shè)計(jì)保護(hù)板時(shí)盡量使保護(hù)板不影響電芯放電的電壓，這樣對控制IC，精密電阻等元件的要求就會(huì)很高，一般國產(chǎn)IC能滿足大多數(shù)產(chǎn)品要求，特殊可以采用進(jìn)口產(chǎn)品，電流采樣電阻則需要使用JEPSUN捷比信電阻，以滿足高精密度，低溫度系數(shù)，無感等要求。對多電芯保護(hù)板設(shè)計(jì)，則有更高的技術(shù)要求，按照不同的需要，設(shè)計(jì)復(fù)雜程度各不相同的產(chǎn)品。
電池保護(hù)板工作原理
鋰電池保護(hù)板根據(jù)使用IC,電壓等不同而電路及參數(shù)有所不同,常用的保護(hù)IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等，其中精工的8261系列精度更好，當(dāng)然價(jià)錢也更貴。后面幾種都是臺(tái)灣出的，國內(nèi)次級(jí)市場基本都用DW01+和CS213了，下面以DW01+配MOS管8205A（8pin）進(jìn)行講解:
鋰電池保護(hù)板其正常工作過程為:
當(dāng)電芯電壓在2.5V至4.3V之間時(shí)，DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等于供電電壓)，第二腳電壓為0V。此時(shí)DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到8205A的第5、4腳，8205A內(nèi)的兩個(gè)電子開關(guān)因其G極接到來自DW01的電壓，故均處于導(dǎo)通狀態(tài)，即兩個(gè)電子開關(guān)均處于開狀態(tài)。此時(shí)電芯的負(fù)極與保護(hù)板的P-端相當(dāng)于直接連通，保護(hù)板有電壓輸出。
保護(hù)板過放電保護(hù)控制原理:
當(dāng)電芯通過外接的負(fù)載進(jìn)行放電時(shí),電芯的電壓將慢慢降低,同時(shí)DW01內(nèi)部將通過R1電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測電芯電壓,當(dāng)電芯電壓下降到約2.3V時(shí)DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過放電電壓狀態(tài)，便立即斷開第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第5腳無電壓而關(guān)閉。此時(shí)電芯的B-與保護(hù)板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護(hù)板處于過放電狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板的P與P-間接上充電電壓后，DW01經(jīng)B-檢測到充電電壓后便立即停止過放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過放電控制管導(dǎo)通，即電芯的B-與保護(hù)板的P-又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。
保護(hù)板過充電保護(hù)控制原理:
當(dāng)電池通過充電器正常充電時(shí),隨著充電時(shí)間的增加,電芯的電壓將越來越高，當(dāng)電芯電壓升高到4.4V時(shí),DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過充電電壓狀態(tài)，便立即斷開第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第4腳無電壓而關(guān)閉。此時(shí)電芯的B-與保護(hù)板的P-之間處于斷開狀態(tài)。即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電。保護(hù)板處于過充電狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板的P與P-間接上放電負(fù)載后，因此時(shí)雖然過充電控制開關(guān)管關(guān)閉,但其內(nèi)部的二極管正方向與放電回路的方向相同,故放電回路可以進(jìn)行放電,當(dāng)電芯的電壓被放到低于4.3V時(shí),DW01停止過充電保護(hù)狀態(tài)重新在第3腳輸出高電壓，使8205A內(nèi)的過充電控制管導(dǎo)通，即電芯的B-與保護(hù)板P-又重新接上，電芯又能進(jìn)行正常的充放電.
保護(hù)板短路保護(hù)控制原理:
如圖所示，在保護(hù)板對外放電的過程中，8205A內(nèi)的兩個(gè)電子開關(guān)并不完全等效于兩個(gè)機(jī)械開關(guān)，而是等效于兩個(gè)電阻很小的電阻，并稱為8205A的導(dǎo)通內(nèi)阻，每個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻約為30m\U03a9共約為60m\U03a9，加在G極上的電壓實(shí)際上是直接控制每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通電阻的大小當(dāng)G極電壓大于1V時(shí)，開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很小(幾十毫歐)，相當(dāng)于開關(guān)閉合，當(dāng)G極電壓小于0.7V以下時(shí)，開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很大(幾MΩ)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。電壓UA就是8205A的導(dǎo)通內(nèi)阻與放電電流產(chǎn)生的電壓，負(fù)載電流增大則UA必然增大,因UA0.006L×IUA又稱為8205A的管壓降，UA可以簡接表明放電電流的大小。上升到0.2V時(shí)便認(rèn)為負(fù)載電流到達(dá)了極限值，于是停止第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V、8205A內(nèi)的放電控制管關(guān)閉，切斷電芯的放電回路，將關(guān)斷放電控制管。換言之DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實(shí)現(xiàn)了過電流保護(hù)。
短路保護(hù)控制過程:
短路保護(hù)是過電流保護(hù)的一種極限形式，其控制過程及原理與過電流保護(hù)一樣，短路只是在相當(dāng)于在PP-間加上一個(gè)阻值小的電阻(約為0Ω)使保護(hù)板的負(fù)載電流瞬時(shí)達(dá)到10A以上，保護(hù)板立即進(jìn)行過電流保護(hù)。
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