锂电池保护板原理

锂电池保护板原理
2010-07-07 10:46
锂电池保护板原理：锂电池保护板根据使用IC,电压等的不同而电路及参数有所不同,下面以DW01 配8205A进行讲解:
锂电池保护板其正常工作过程为:
当电池电压在2.5V至4.3V之间时，DW01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电
电压)，第二脚电压为0V。

此时DW01的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5 4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01 的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。

此时电池的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。

2.保护板过充电保护控制原理:
当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电池的电压将越来越高，当电池电压升高到4.4V时,DW01 将认为电池电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关闭。

此时电池的B-与保护板的P-之间处于断开状态。

即电池的充电回路被切断，电池将停止充电。

保护板处于过充电状态并一直保持。

等到保护板的P 与P-间接上放电负载后，因此时虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二极管正方向与放电回路的方向相同,故放电回路可以进行放电,当电池的电压被放到低于4.3V时,DW01 停止过充电保护状态重新在第3脚输出高电压，使8205A内的过充电控制管导通，即电芯的B-与保护板P-又重新接上，电池又能进行正常的充放电.
4.保护板过放电保护控制原理:
当电池通过外接的负载进行放电时,电池的电压将慢慢降低,同时DW01 内部将通过R1电阻实时监测电池电压,当电池电压下降到约2.3V时DW01 将认为电池电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。

此时电池的B-与保护板的P-之间处于断开状态。

即电池的放电回路被切断，电池将停止放电。

保护板处于过放电状态并一直保持。

等到保护板的P 与P-间接上充电电压后，DW01 经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电池经充电器直接充电。

5.短路保护控制过程:
短路保护是过电流保护的一种极限形式，其控制过程及原理与过电流保护一样，短路只是在相当于在P P-间加上一个阻值小的电阻(约为0Ω)使保护板的负载电流瞬时达到10A以上，保护板立即进行过电流保护。

6. 保护板短路保护控制原理:
如图所示，在保护板对外放电的过程中，8205A内的两个电子开关并不完全等效于两个机械开关，而是等效于两个电阻很小的电阻，并称为8205A的导通内阻，每个开关的导通内阻约为30m\U 03a9共约为60m\U 03a9，加在G极上的电压实际上是直接控制每个开关管的导通电阻的大小当G极电压大于1V时，开关管的导通内阻很小(几十毫欧)，相当于开关闭合，当G极电压小于0.7V以下时，开关管的导通内阻很大(几MΩ)，相当于开关断开。

电压UA就是8205A的导通内阻与放电电流产生的电压，负载电流增大则UA必然增大,因UA0.006L×IUA又称为8205A的管压降，UA可以简接表明放电电流的大小。

上升到0.2V时便认为负载电流到达了极限值，于是停止第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V、8205A内的放电控制管关闭，切断电芯的放电回路，将关断放电控制管。

换言之DW01 允许输出的最大电流是3.3A，实现了过电流保护。

锂电池过充电,过放电,过流及短路保护电路
下图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。

该保护回路由两个MOSFET（V1、V2）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在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C3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.
锂电池保护工作原理:
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，如果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V2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，起到过充电保护作用。

而此时由于V2自带的体二极管VD2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V2信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为1秒左右，以避免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，此时如果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V1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，起到过放电保护作用。

而此时由于V1自带的体二极管VD1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V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为100毫秒左右，以避免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，会在其两端产生一个电压，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V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。

在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常为13毫秒左右，以避免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V1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。

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，保护延时时间也不一样。

本文来自: 原文网址：/sch/protection/0075803.html 为什么要聚合物锂电池:
1.安全性能好
聚合物锂电池在结构上采用铝塑软包装，有别于液态电芯的金属外壳，一旦发生安全隐患，液态电芯容易爆炸，而聚合物电芯最多只会气鼓。

2.厚度小，能做得更薄
普通液态锂电采用先定制外壳，后塞正负极村料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技术瓶颈，聚合物电芯则不存在这一问题，厚度可做到1mm以下，符合时下手机需求方向。

3.重量轻
聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。

4.容量大
聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%，成为彩屏手机及彩信手机的首选，现在市面上新出的彩屏和彩信手机也大多采用聚合物电芯。

5.内阻小
聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小，目前国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延长手机的待机时间，完全可以达到与国际接轨的水平。

这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择，成为最有希望替代镍氢电池的产品。

6.放电特性佳
聚合物电池采用胶体电解质，相比液态电解质，胶体电解质具有平稳的放电特性和更高的放电平台。

聚合物锂离子电池前景:
在科学技术飞速发展的今天，移动电话、笔记本电脑、个人数字助理等各种信息电子产品已经成为我们生活中不可或缺的一部份。

在新一代信息电子产品的设计上目前均朝向「轻、薄、短、小」的趋势发展，因此电源的供应是一个亟待解决的问题，小型可充电电池的功能与特性已经成为决定新一代无线通信设备与笔记本电脑等可携带式电子产品市场竞争优势的关键因素了。

目前市面上所使用的二次电池主要镍隔、镍氢 (Ni-MH)、锂离子(Li-ion)、聚合物锂离子电池几种，而且随着便携式电子产品的应用越来越广、市场需
求越来越多，这些电池的需求量也随之增加。

基于如此广阔的市场，世界各大电池公司为了在这个市场领域中取得领先的地位，无不致力于开发具有更高能量密度、小型化、薄型化、轻量化、高安全性、长循环寿命与低成本的新型电池。

其中，聚合物锂离子(Lithium ion polymer)电池因为具有上述各项优点，更是各家厂商致力研发的目标。

聚合物锂离子电池基于安全、轻薄等特性，符合便携、移动产品的要求，因此，在未来2～3年内，聚合物锂电池取代锂离子电池市场的份额将达50％，被称为21世纪移动设备的最佳电源解决方案。

目前聚合物锂离子电池主要用于手机、笔记本电脑、个人数字助理（PDA）。

将来，许多对电池要求严格的新型电子产品如台式电话子母机、小型电台及对讲机、寻呼机、摄像机、电动自行车等，将选用聚合物锂离子电池作为电源，另外，在电动汽车、军事领域也将广泛运用。

可以预见，在未来的几年内，由于其优越的性能价格比，以及其巨大的潜在需求，聚合物锂离子电池的发展前景将十分广阔。