锂电池保护板的组成
保护板通常包括控制IC、MOS开关及辅助器件NTC、ID、存储器等。其中控制IC,在一切正常的情况下控制MOS开关导通,使电芯与外电路沟通,而当电芯电压或回路电流超过规定值时,它立刻控制MOS开关关断,保护电芯的安全。
常见的锂电池保护板电路图
如图所示,一般的锂电池保护板由控制IC、MOS管、电阻电容、保险丝FUSE等组成。
TH为温度检测,内部是一个10K NTC接到电池负极;ID是电池在位检测,一般是47K/10K电阻接到电阻负极,有的是0R电阻;TH和ID均是选配,并不是所有锂电池都有的。
锂电池保护板工作原理
一般锂离子电池内部会有一个小的PCB板,和电池封装在一起,主要作用就是用来保护电池。
这个电路板根据组成电路不同,一般会有过放保护、过充保护、过流保护、短路保护以及控制IC失效之后的FUSE保护这几种。
过充保护
电池充电时,电流(方向如箭头所示)从电池包的正极流入,经过FUSE后从负极流出,最下方的两个MOS管均是导通状态。
充电时,控制IC X1会时刻监测第5脚VDD和第6脚VSS之间的电压,当这个电压大于等于过充截止电压且满足过充电压的延时时间时,X1会通过控制第3脚来关闭MOS管Q2,Q2被关闭之后,充电回路被切断(Q2的体二极管D2也是反向截止的),这个时候,电池只能放电。
过充保护解除条件(满足其一即可):
1,电芯两端的电压下降到保护IC的过充恢复电压。
2,在电池包得输出端加负载放电,放电到电压小于过充保护电压。
过放保护
在电池包两端加负载放电时,电流(方向如箭头所示)与充电是相反的,如下图所示。
放电时,控制IC X1同样会时刻监测第5脚VDD和第6脚VSS之间的电压,当这个电压小于等于过放截止电压且达到过放电压的延时时间,控制IC X1会通过第1脚关闭Q1,Q1被关闭之后,放电回路被切断(Q1的体二极管D1是反向截止),这个时候,电池只能充电。
过放保护解除条件:拿掉负载,给电池包充电,当VM-VDD之间的电压达到过放恢复电压值时,控制IC X1会重新打开MOS管Q1。
过流保护/短路保护
过流保护指的是过放电流的保护,一般的控制IC有过流保护和短路保护两种,控制IC时刻监测VSS-VM之间的电压值,当电压值达到过流保护或者短路保护的阈值且满足延时时间,控制IC会将MOS管Q1关闭,切断放电回路。
过电流保护解除的条件是:将输出端负载拿掉,控制IC会自动将Q1重新打开。
过流保护的电压值一般是0.1~0.2V,短路保护检测的电压值一般是0.9V~2V,这两个值都与控制IC有关系,不同的IC,这两个值不一样。
短路保护电压值指的是电流流经Q1和Q2上的导通压降,即可以得出,如果MOS管的导通内阻越大,保护电流值就越小。如:内阻为20mΩ的MOS管,选用的过电流值为0.15V的控制IC,那过流保护的电流应为:0.15V/(0.02*2)=3.75A。
控制IC失效之后的FUSE保护
有的保护板里面会加上保险丝,在控制IC失效之后,起到一个二级保护作用,避免更坏的结果,当然也会增加成本。
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