鋰電池保護板的組成
保護板通常包括控制IC、MOS開關及輔助器件NTC、ID、存儲器等。其中控制IC,在一切正常的情況下控制MOS開關導通,使電芯與外電路溝通,而當電芯電壓或回路電流超過規定值時,它立刻控制MOS開關關斷,保護電芯的安全。
常見的鋰電池保護板電路圖
如圖所示,一般的鋰電池保護板由控制IC、MOS管、電阻電容、保險絲FUSE等組成。
TH為溫度檢測,內部是一個10K NTC接到電池負極;ID是電池在位檢測,一般是47K/10K電阻接到電阻負極,有的是0R電阻;TH和ID均是選配,并不是所有鋰電池都有的。
鋰電池保護板工作原理
一般鋰離子電池內部會有一個小的PCB板,和電池封裝在一起,主要作用就是用來保護電池。
這個電路板根據組成電路不同,一般會有過放保護、過充保護、過流保護、短路保護以及控制IC失效之后的FUSE保護這幾種。
過充保護
電池充電時,電流(方向如箭頭所示)從電池包的正極流入,經過FUSE后從負極流出,最下方的兩個MOS管均是導通狀態。
充電時,控制IC X1會時刻監測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓,當這個電壓大于等于過充截止電壓且滿足過充電壓的延時時間時,X1會通過控制第3腳來關閉MOS管Q2,Q2被關閉之后,充電回路被切斷(Q2的體二極管D2也是反向截止的),這個時候,電池只能放電。
過充保護解除條件(滿足其一即可):
1,電芯兩端的電壓下降到保護IC的過充恢復電壓。
2,在電池包得輸出端加負載放電,放電到電壓小于過充保護電壓。
過放保護
在電池包兩端加負載放電時,電流(方向如箭頭所示)與充電是相反的,如下圖所示。
放電時,控制IC X1同樣會時刻監測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓,當這個電壓小于等于過放截止電壓且達到過放電壓的延時時間,控制IC X1會通過第1腳關閉Q1,Q1被關閉之后,放電回路被切斷(Q1的體二極管D1是反向截止),這個時候,電池只能充電。
過放保護解除條件:拿掉負載,給電池包充電,當VM-VDD之間的電壓達到過放恢復電壓值時,控制IC X1會重新打開MOS管Q1。
過流保護/短路保護
過流保護指的是過放電流的保護,一般的控制IC有過流保護和短路保護兩種,控制IC時刻監測VSS-VM之間的電壓值,當電壓值達到過流保護或者短路保護的閾值且滿足延時時間,控制IC會將MOS管Q1關閉,切斷放電回路。
過電流保護解除的條件是:將輸出端負載拿掉,控制IC會自動將Q1重新打開。
過流保護的電壓值一般是0.1~0.2V,短路保護檢測的電壓值一般是0.9V~2V,這兩個值都與控制IC有關系,不同的IC,這兩個值不一樣。
短路保護電壓值指的是電流流經Q1和Q2上的導通壓降,即可以得出,如果MOS管的導通內阻越大,保護電流值就越小。如:內阻為20mΩ的MOS管,選用的過電流值為0.15V的控制IC,那過流保護的電流應為:0.15V/(0.02*2)=3.75A。
控制IC失效之后的FUSE保護
有的保護板里面會加上保險絲,在控制IC失效之后,起到一個二級保護作用,避免更壞的結果,當然也會增加成本。
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