锂电池保护板知识培训

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
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：4.275V 2、过充电保护恢复电压：4.075V 3、过放电保护电压：2.5V 4、过放电保护恢复电压：2.9V 5、过电流1检测电压保护值：0.15V 6、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。
☆ 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。
IC MOS
FUSE
PTC
温控开关
运算管理电路
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
PTC或FUSE
电芯
保护IC MOSFET
热敏电阻
ID电阻
*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。
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
主要元件 主要功能
命令的发出者，当IC检测到过充、过放、过流、短路时会发出 命令，让MOS关闭，从而切断整个回路 命令的执行者，当他接收到IC的命令时，会立刻断开回路。其 材料为半导体材料，因电位的改变其内部结构发生变化。 保险丝，与家用的保险丝工作原理相同，当电流过大时，会牺 牲自己，保护整个回路。缺点：不可恢复。 一种高分子导体材料，当电流、温度过大时，其自身的电阻剧 增，使得回路阻塞；当电流、温度恢复时，其阻值会下降，恢 复正常工作状态。缺点：内阻大。 原理同PTC，目的在于检测某个元器件的温度，当温度过高时， 会切断回路，起到保护元器件的作用。 主要控制电池的充放电电流，可以实现优化的充电方式，延长 电池的使用寿命，一般多用在多节电池组。
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：
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一、电池各种封装结构简介 1、框架系列：
PTC
电芯
保护板
电池框
铭牌
负极绝缘支架
电芯
电池框 保护板 负极绝缘支架 铭牌
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：
电芯 底壳
支架 PTC 保护板
上盖
底壳打胶
Li-ion Battery Discharge Curve
Non-Linearity
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 = 1Ch Example: Capacity = 1000mAh 1C = 1000mA
是Battery pack的安全性能。Battery pack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。
Battery pack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：1C 3、最大充电电流：1C 4、放电温度范围：-20℃～60 ℃
支架打胶
保护板点焊
贴铭牌
装配上盖
方案优势： Ａ、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：
保护板
方案优势： Ａ、采用AB胶可保证下支架与电芯粘接的强度; Ｂ、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：
铭牌
铝箔
Байду номын сангаас支架
保护板
上盖
底壳
电芯
组件加工
机器包铝箔
热压
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； 包铭牌
3、锂电池的主要性能
Battery pack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：
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：4.24V 7、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：
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 Battery pack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Battery pack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。
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MOSFET Q1,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20mΩ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/0.02Ω*2=3.75A。
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。
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。