常見的鋰電池保護電路的工作原理

今天介紹一下常見的鋰電池保護電路的工作原理。

前言

舉一個不恰當(dāng)?shù)睦?，電池的充放電就像孩子喝母乳一樣?/p>

1，如果一直讓孩子喝，家長不加以控制，那么這個奶可能會被喝光，類似電池過放；
2，如果家長一直不給孩子喝奶，這個奶就會積攢越來越多，類似電池過充；
3，如果孩子喝奶喝的急，容易嗆奶，類似電池的過電流保護；

科學(xué)喝奶，規(guī)律喝奶，需要家長的監(jiān)督，那電池如何做到科學(xué)充電和放電呢？

鋰電池都有一個使用的安全電壓區(qū)間，最高和最低電壓一般被稱為充放電終止電壓或截止電壓，當(dāng)電池的實際工作電壓長時間低于放電終止電壓或者長時間高于充電終止電壓時，電池內(nèi)部將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害，嚴(yán)重傷害電池，導(dǎo)致性能下降，俗稱電池衰減，電池衰減的表現(xiàn)就是電池的內(nèi)阻增大，容量下降等。

所以一般鋰離子電池內(nèi)部會有一個小的PCB板，和電池封裝在一起，如下圖所示，主要作用就是用來保護電池。

紅色框選部分為電池保護板

這個電路板根據(jù)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，下面會以一個常見的電路，講解這幾種保護的工作原理。

鋰電池保護板組成

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，如下圖所示。

常見的鋰電池保護板電路圖

TH為溫度檢測，內(nèi)部是一個10K NTC接到電池負(fù)極；ID是電池在位檢測，一般是47K/10K電阻接到電阻負(fù)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。

接著根據(jù)上面這么電路，來看一下如下幾種保護的工作原理吧！

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(jīng)過FUSE后從負(fù)極流出，最下方的兩個MOS管均是導(dǎo)通狀態(tài)。

電池充電時電流方向如箭頭所示

充電時，控制IC X1會時刻監(jiān)測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當(dāng)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(guān)閉MOS管Q2，Q2被關(guān)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(fù)電壓。
2，在電池包得輸出端加負(fù)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(fù)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。

電池放電時電流方向如箭頭所示

放電時，控制IC X1同樣會時刻監(jiān)測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當(dāng)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(guān)閉Q1，Q1被關(guān)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(fù)載，給電池包充電，當(dāng)VM-VDD之間的電壓達到過放恢復(fù)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(jiān)測VSS-VM之間的電壓值，當(dāng)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(guān)閉，切斷放電回路。

電池放電時電流方向如箭頭所示

過電流保護解除的條件是：將輸出端負(fù)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(guān)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(jīng)Q1和Q2上的導(dǎo)通壓降，即可以得出，如果MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻越大，保護電流值就越小。如：內(nèi)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(yīng)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(jié)果，當(dāng)然也會增加成本。

審核編輯：何安