什么是鋰電池保護板？鋰電池保護板原理及用途詳細分析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-16 15:35
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鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時控制電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
普通鋰電池保護板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時，它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護電芯的安全。
在保護板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss，VM為低電平，DO、CO為高電平，當(dāng)Vdd，Vss，VM任何一項參數(shù)變換時，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。
鋰電池保護板原理
鋰電池（可充型）之所以需要保護，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跟著一塊精致的保護板和一片電流保險器出現(xiàn)。
鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時控制電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。
普通鋰電池保護板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時，它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護電芯的安全。
鋰電池保護板原理詳細分析
在保護板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss，VM為低電平，DO、CO為高電平，當(dāng)Vdd，Vss，VM任何一項參數(shù)變換時，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。
1、過充電檢出電壓：在通常狀態(tài)下，Vdd逐漸提升至CO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVDD-VSS間電壓。
2、過充電解除電壓：在充電狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至CO端由低電平變?yōu)楦唠娖綍rVDD-VSS間電壓。
3、過放電檢出電壓：通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVDD-VSS間電壓。
4、過放電解除電壓：在過放電狀態(tài)下，Vdd逐漸上升到DO端由低電平變?yōu)楦唠娖綍rVDD-VSS間電壓。
5、過電流1檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM逐漸升至DO由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVM-VSS間電壓。
6、過電流2檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM從OV起以1ms以上4ms以下的速度升到DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVM-VSS間電壓。
7、負載短路檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM以O(shè)V起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍rVM-VSS間電壓。
8、充電器檢出電壓：在過放電狀態(tài)下，VM以O(shè)V逐漸下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍rVM-VSS間電壓。
9、通常工作時消耗電流：在通常狀態(tài)下，流以VDD端子的電流（IDD）即為通常工作時消耗電流。
10、過放電消耗電流：在放電狀態(tài)下，流經(jīng)VDD端子的電流（IDD）即為過流放電消耗電流。
典型的鋰電池保護電路
由于鋰電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，該副反應(yīng)加劇后，會嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)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(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害
鋰電池保護板原理詳細分析
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(gòu)成?？刂疲桑秘撠?zé)監(jiān)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(guān)作用，分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)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(tài)
在正常狀態(tài)下電路中Ｎ１的“ＣＯ”與“ＤＯ”腳都輸出高電壓，兩個ＭＯＳＦＥＴ都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進行充電和放電，由于ＭＯＳＦＥＴ的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于３０毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μＡ級，通常小于７μＡ。
鋰離子電池
鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。其優(yōu)點是比能量高，是當(dāng)前比能量最高的蓄電池。已經(jīng)在便攜式信息產(chǎn)品中獲得推廣應(yīng)用。
鋰離子電池被普遍認為具有如下的優(yōu)點：比能量大；比功率高；自放電小；無記憶效應(yīng)；循環(huán)特性好；可快速放電，且效率高；工作溫度范圍寬；無環(huán)境污染等，因此有望進入21世紀(jì)最好的動力電源行列。預(yù)計在2006～2012年期間，當(dāng)鋰離子電池進一步發(fā)展時，MH/Ni蓄電池的市場份額將縮小。鋰離子市場份額將會擴大。已經(jīng)有采用鋰離子蓄電池的電動自行車產(chǎn)品出售。
在安全性好、循環(huán)性能好、比容量高的新型價廉正極材料發(fā)展的推動下,電動自行車用的鋰離子蓄電池已接近實用。有幾家已可提供較成熟的、裝有電池管理系統(tǒng)(BMS)的電動自行車用鋰離子蓄電池。也有專門生產(chǎn)用鋰離子蓄電池的電動自行車廠家。筆者認為電動自行車用的鋰離子蓄電池將是首先商業(yè)化、大批量在車上使用的動力型電池;它將是繼鉛蓄電池之后所占比例較大的實用化電池,也將成為用于高端電動自行車產(chǎn)品的電池。關(guān)于大型鋰離子蓄電池在純電動轎車和電動巴士,以及在混合電動車上試用,展覽示范的已有不少報道。根據(jù)現(xiàn)在的鋰離子蓄電池發(fā)展水平和經(jīng)驗,認為電動自行車用48V10Ah以下電池組的安全性是有保障的,但大型鋰離子蓄電池要在商業(yè)化電動車輛上使用還要做許多艱苦的工作,其原因主要是:純電動轎車和電動巴士,以及混合電動車上使用的電池數(shù)量多、系統(tǒng)復(fù)雜,安全性難度更大,對可靠性和一致性的要求更高,價格太高等。曾經(jīng)報道過深圳比亞迪要在2005年提供200輛以鋰離子蓄電池為動力源的電動轎車組成出租車隊之事,現(xiàn)在已推遲到2007年了。[1]
電動車電池一般為鉛酸電池，正常使用可以用2年左右，跟個人用車習(xí)慣有關(guān)。杜絕隨用隨充的誤導(dǎo)，應(yīng)根據(jù)用電量確定充電需求，方式如下：100%用完電的情況下，一般充電時間會在8~10小時的樣子，不要超過12小時（對電池壽命會有影響），不建議每次使用都把電用完，一般建議用電量在70%左右進行充電了這時充電時間一般在6~8小時的樣子。若你是短行程的話建議以下：每天的用電量在10%時，可以一周充電一次。每天的用電量在20%時，可以三天充電一次。每天的用電量在30%時，可以兩天充電一次。每天的用電量在40%以上時，可以一天充電一次，控制下充電時間，一般在6小時左右。杜絕放電后長時間不充電，長時間擱置不用時，需做到：擱置前必須將電池充滿電，并在滿電的前提下一般建議在2～3個月必須給電池補充電，有條件的話最好1～2個月充電一次；電動車在不用時，需存放在通風(fēng)陰涼的室內(nèi)，電池組充滿電后把負載線斷開，由于鉛酸電池本身的自放電會造成硫酸鹽化，若長時間不補充電會造成容量恢復(fù)困難至使影響壽命，所以一般建議在2～3個月必須給電池補充電，以利于電池壽命。目前市場上的售后方式：電池生產(chǎn)廠家給經(jīng)銷商的質(zhì)保期一般為15個月，前8后7，因電池本身質(zhì)量問題8個月內(nèi)的換新電池，9～11個月?lián)Q周轉(zhuǎn)電池，12～15個月?lián)Q維護電池。目前在二級市場上一般給到用戶保質(zhì)期是一年，這是因為從出廠到經(jīng)銷處再到維修店是有一定周期的。
