18650鋰電池的保護(hù)板怎么設(shè)計(jì)

18650鋰電池行業(yè)應(yīng)用化相對(duì)比較廣泛，目前主要流行的是18650鋰離子電池，其他種類(lèi)的18650電池早已開(kāi)始漸漸地撤出市場(chǎng)。那么18650鋰電池保護(hù)板怎么設(shè)計(jì)?這個(gè)18650鋰電池保護(hù)板不是固定不動(dòng)的，基本上是定制類(lèi)的電池保護(hù)板。

鋰電池的保護(hù)功能一般而言由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同工作進(jìn)行，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放控制回路的電流，及時(shí)性控制電流控制回路的通斷;PTC在高溫環(huán)境下避免 電池發(fā)生惡劣的損壞。

普通18650鋰電池保護(hù)板一般而言包括控制IC、MOS電源開(kāi)關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲(chǔ)器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS電源開(kāi)關(guān)通斷，使電芯與外電路通斷，而當(dāng)電芯電壓或控制回路電流超出標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，它立刻控制MOS電源開(kāi)關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。

在鋰電池保護(hù)板正常情況下的情況下，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(xiàng)參數(shù)變換時(shí)，DO或CO端的電平將產(chǎn)生變化。

1、正常情況下?tīng)顟B(tài)

在正常情況下?tīng)顟B(tài)下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET都處于通斷狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，考慮到MOSFET的通斷阻抗比較小 ，一般而言小于30毫歐，因此其通斷電阻對(duì)電路的性能指標(biāo)影響比較小 。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí)，一般而言小于7μA。

2、過(guò)充電保護(hù)

鋰離子電池規(guī)定要求的充電方式為恒流電源/恒壓，在充電初期，為恒流電源充電，隨著充電整個(gè)過(guò)程，電壓會(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池規(guī)定要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)變成恒壓充電，直至電流越來(lái)越小。電池在被充電整個(gè)過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超出4.2V后繼續(xù)恒流電源充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超出4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.28V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕2由通斷轉(zhuǎn)變成關(guān)斷，從而切斷了充電控制回路，使充電器無(wú)法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護(hù)作用。而此時(shí)考慮到V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過(guò)該二極管對(duì)外界負(fù)載進(jìn)行放電。在控制IC檢測(cè)到電池電壓超出4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間，也有每段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，一般而言設(shè)為1秒左右，以避免出現(xiàn)因干擾而造成誤判斷。

3、過(guò)放電保護(hù)

電池在對(duì)外界負(fù)載放電整個(gè)過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電整個(gè)過(guò)程慢慢地降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電整個(gè)過(guò)程中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由通斷轉(zhuǎn)變成關(guān)斷，從而切斷了放電控制回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護(hù)作用。而此時(shí)考慮到V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。考慮到在過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此規(guī)定要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1μA。在控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有每段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，一般而言設(shè)為100毫秒左右，以避免出現(xiàn)因干擾而造成誤判斷.

4、短路保護(hù)

電池在對(duì)負(fù)載放電整個(gè)過(guò)程中，若控制回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由通斷轉(zhuǎn)變成關(guān)斷，從而切斷放電控制回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，一般而言小于7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類(lèi)似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著電源開(kāi)關(guān)的作用，考慮到它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的通斷阻抗對(duì)電池的性能指標(biāo)有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其通斷阻抗比較小 ，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。

5、過(guò)電流保護(hù)

考慮到鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超出2C(C=電池容量/小時(shí))，當(dāng)電池超出2C電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。電池在對(duì)負(fù)載正常情況下放電整個(gè)過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，考慮到MOSFET的通斷阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2，RDS為單個(gè)MOSFET通斷阻抗，控制IC上的“V-”腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測(cè)，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓＃箍刂苹芈冯娏髟龃螅?dāng)控制回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由通斷轉(zhuǎn)變成關(guān)斷，從而切斷了放電控制回路，使控制回路中電流為零，起到過(guò)電流保護(hù)作用。在控制IC檢測(cè)到過(guò)電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有每段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，一般而言為13毫秒左右，以避免出現(xiàn)因干擾而造成誤判斷。在上述控制整個(gè)過(guò)程中可知，其過(guò)電流檢測(cè)值大小不但取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的通斷阻抗，當(dāng)MOSFET通斷阻抗越大時(shí)，對(duì)同樣的控制IC，其過(guò)電流保護(hù)值越小。

18650鋰電池保護(hù)板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

1、過(guò)充電檢出電壓：在一般而言狀態(tài)下，Vdd慢慢地提升至CO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。

2、過(guò)充電解除電壓：在充電狀態(tài)下，Vdd慢慢地降低至CO端由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。

3、過(guò)放電檢出電壓：一般而言狀態(tài)下，Vdd慢慢地降低至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。

4、過(guò)放電解除電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，Vdd慢慢地上升到DO端由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。

5、過(guò)電流1檢出電壓：在一般而言狀態(tài)下，VM慢慢地升至DO由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。