鋰電池保護板原理詳解

鋰電池的維護功用一般由維護電路板和PTC等電流器材協同完結，維護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環境下時刻準確的監視電芯的電壓和充放回路的電流，及時操控電流回路的通斷；PTC在高溫環境下戒備電池發生惡劣的損壞。

一般鋰電池維護板一般包括操控IC、MOS開關、電阻、電容及輔助器材FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中操控IC，在一切正常的情況下操控MOS開關導通，使電芯與外電路導通，而當電芯電壓或回路電流超越規定值時，它馬上操控MOS開關關斷，維護電芯的安全。

在維護板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss,VM為低電平，DO、CO為高電平，當Vdd,Vss,VM任何一項參數改換時，DO或CO端的電平將發生變化。

1、過充電檢出電壓：在一般狀況下，Vdd逐步提升至CO端由高電平變為低電平時VDD-VSS間電壓。

2、過充電免除電壓：在充電狀況下，Vdd逐步下降至CO端由低電平變為高電平時VDD-VSS間電壓。

3、過放電檢出電壓：一般狀況下，Vdd逐步下降至DO端由高電平變為低電平時VDD-VSS間電壓。

4、過放電免除電壓：在過放電狀況下，Vdd逐步上升到DO端由低電平變為高電平時VDD-VSS間電壓。

5、過電流1檢出電壓：在一般狀況下，VM逐步升至DO由高電平變為低電平時VM-VSS間電壓。

6、過電流2檢出電壓：在一般狀況下，VM從OV起以1ms以上4ms以下的速度升到DO端由高電平變為低電平時VM-VSS間電壓。

7、負載短路檢出電壓：在一般狀況下，VM以OV起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高電平變為低電平時VM-VSS間電壓。

8、充電器檢出電壓：在過放電狀況下，VM以OV逐步下降至DO由低電平變為變為高電平時VM-VSS間電壓。

9、一般作業時耗費電流：在一般狀況下，流以VDD端子的電流（IDD）即為一般作業時耗費電流。

10、過放電耗費電流：在放電狀況下，流經VDD端子的電流（IDD）即為過流放電耗費電流。

1、一般狀況：電池電壓在過放電檢出電壓以上（2.75V以上），過充電檢出電壓以下（4.3V以下），VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，IC通過監視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而操控MOS管，DO、CO端都為高電平，MOS管處導通狀況，這時能夠自在的充電和放電；

當電池被充電使電壓超越設定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉使Cout變為低電平，T1截止，充電停止，當電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時，Cout變為高電平，T1導通充電繼續，VCR小于VC一個定值，以戒備電流頻繁跳變。

當電池電壓因放電而下降至設定值VD（2.3-2.5V）時，VD2翻轉，以IC內部固定的短時刻延時后，使Dout變為低電平，T2截止，放電停止。

當電路放電電流超越設定值或輸出被短路時，過流、短路測試電路動作，使MOS管（T2）關斷，電流截止。

該維護回路由兩個MOSFET（T1、T2）和一個操控IC（N1）外加一些阻容元件構成。操控

IC擔任監測電池電壓與回路電流，并操控兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關效果，分別控

制著充電回路與放電回路的導通與關斷，C2為延時電容，該電路具有過充電維護、過放電維護、過電流保

護與短路維護功用，其作業原理剖析如下：

1、正常狀況

在正常狀況下電路中N1的CO與DO腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導通狀況，電池能夠自在地進行充電和放電，因為MOSFET的導通阻抗很小，一般小于30毫歐，因而其導通電阻對電路的功能影響很小。

此狀況下維護電路的耗費電流為μA級，一般小于7μA。

2、過充電維護

鋰電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，跟著充電進程，電壓會上升到4.2V(依據正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉為恒壓充電，直至電流越來越小。

電池在被充電進程中，倘若充電器電路失掉操控，會使電池電壓超越4.2V后繼續恒流充電，此刻電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超越4.3V時，電池的化學副反應將加重，會導致電池損壞或呈現安全問題。

在帶有維護電路的電池中，當操控IC測試到電池電壓達到4.28V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其CO腳將由高電壓轉變為零電壓，使T1由導通轉為關斷，然后堵截了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電維護效果。而此刻因為T1自帶的體二極管VD1的存在，電池能夠通過該二極管對外部負載進行放電。

在操控IC測試到電池電壓超越4.28V至宣布關斷T1信號之間，還有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般設為1秒左右，以戒備因攪擾而造成誤判別。

3、過放電維護

電池在對外部負載放電進程中，其電壓會跟著放電進程逐步下降，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被徹底放光，此刻倘若讓電池繼續對負載放電，將造成電池的永久性損壞。

在電池放電進程中，當操控IC測試到電池電壓低于2.3V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其DO腳將由高電壓轉變為零電壓，使T2由導通轉為關斷，然后堵截了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電維護效果。而此刻因為T2自帶的體二極管VD2的存在，充電器能夠通過該二極管對電池進行充電。

因為在過放電維護狀況下電池電壓不能再下降，因而要求維護電路的耗費電流極小，此刻操控IC會進入低功耗狀況，整個維護電路耗電會小于0.1μA。在操控IC測試到電池電壓低于2.3V至宣布關斷T2信號之間，也有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般設為100毫秒左右，以戒備因攪擾而造成誤判別。

4、過電流維護

因為鋰電池的化學特性，電池加工廠家規定了其放電電流最大不能超越2C（C=電池容量/小時），當電池超越2C電流放電時，將會導致電池的永久性損壞或呈現安全問題。

電池在對負載正常放電進程中，放電電流在通過串聯的2個MOSFET時，因為MOSFET的導通阻抗，會在其兩端出現一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導通阻抗，操控IC上的V-腳對該電壓值進行測試，若負載因某種原由導致反常，使回路電流增大，當回路電流大到使U>0.1V（該值由操控IC決議，不同的IC有不同的值）時，其DO腳將由高電壓轉變為零電壓，使T2由導通轉為關斷，然后堵截了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流維護效果。

在操控IC測試到過電流發生至宣布關斷T2信號之間，也有一段延時時刻，該延時時刻的長短由C2決議，一般為13毫秒左右，以戒備因攪擾而造成誤判別。

在上述操控進程中可知，其過電流測試值大小不僅取決于操控IC的操控值，還取決于MOSFET的導通阻抗，當MOSFET導通阻抗越大時，對相同的操控IC，其過電流維護值越小。

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