前言：鋰元素在元素周期表中處于第三位，外層只有一個(gè)電子，是一種非常活潑的金屬，而鋰離子電池具有放電電流大，內(nèi)阻低，壽命長，無記憶效應(yīng)等被人們廣泛應(yīng)用，鋰離子電池在使用時(shí)嚴(yán)禁出現(xiàn)過充電、過放電、以及短路等問題，否則將會(huì)使得電池出現(xiàn)起火或者爆炸等問題。所以在鋰電池電路中通常都會(huì)增加一個(gè)保護(hù)板電路來保護(hù)鋰離子電池的安全。

鋰電池保護(hù)板的作用

電池保護(hù)板通常有如下幾個(gè)作用：過充、過放、過流、短路以及高溫保護(hù)。上述的幾個(gè)作用也是由鋰電池本身的材料決定的。電池保護(hù)板通常有保護(hù)電路板和PTC等器件組成。 保護(hù)電路板會(huì)時(shí)刻監(jiān)視電芯的電壓和充放電的電流，及時(shí)控制電流回路的通斷。

圖1-1 電池構(gòu)造

電池保護(hù)板的組成

保護(hù)板通常包括控制IC，MOS開關(guān)，電阻、電容、PTC、NTC、ID以及存儲(chǔ)器等元器件組成，其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS管開關(guān)導(dǎo)通，使得電芯和外電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或者回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立即控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。

電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制

圖1-2 電池保護(hù)板電路

下面介紹保護(hù)IC的各個(gè)PIN的主要功能：

VDD是保護(hù)IC的電源正極

VSS是保護(hù)IC的電源負(fù)極

V-是保護(hù)IC的過流、短路檢測端

Dout是放電保護(hù)端

Cout是充電保護(hù)端

B+和B-分別分別接電芯的正極和負(fù)極，P+和P-分別是保護(hù)板輸出的正極和負(fù)極，T為溫度檢測的NTC端口，NTC端口需要和MCU配合對電池進(jìn)行溫度保護(hù)。這個(gè)端口有時(shí)也會(huì)標(biāo)記為ID，用于電池的端口識別，之所以增加這個(gè)端口，是因?yàn)椴煌瑥S家不同型號的電池往往需要不同的電池參數(shù)(老化曲線等參數(shù))，當(dāng)為ID時(shí)，R3一般是固定電阻的阻值，MCU的ADC會(huì)檢測ID的電壓，從而使用不同的電池參數(shù)。

圖1-3 保護(hù)板電路

保護(hù)板的工作過程

1、激活保護(hù)板的方法

當(dāng)保護(hù)板P+和P-沒有輸出處于保護(hù)狀態(tài)，可以短路B+、B-來激活保護(hù)板，這時(shí)Dout和Cout會(huì)處于低電平(保護(hù)IC這兩個(gè)端口是高電平保護(hù)，低電平常態(tài))狀態(tài)從而打開這兩個(gè)開關(guān)。

2、充電

P+和P-分別接充電器的正極和負(fù)極，充電電流經(jīng)過兩個(gè)MOS對電池進(jìn)行充電，這個(gè)時(shí)候保護(hù)IC的VDD和VSS既是電源端，也是電芯電壓檢測端(經(jīng)過R1)，隨著充電過程的進(jìn)行，電芯的電壓不斷增加，當(dāng)升高到電芯的保護(hù)電壓(過充保護(hù)電壓)，這個(gè)時(shí)候COUT將輸出高電平把對應(yīng)的MOS開關(guān)關(guān)斷，充電回路也會(huì)被關(guān)斷，過充保護(hù)后，電芯電壓會(huì)下降，當(dāng)下降到IC電壓門限(過充保護(hù)恢復(fù)電壓)，Cout恢復(fù)到低電平狀態(tài)打開MOS管。

3、放電

同樣的，在電池放電時(shí)，IC的VDD和VSS也會(huì)對電芯電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)電芯電壓下降到IC門限時(shí)(過放保護(hù)電壓)，Dout隨機(jī)輸出高電平將對應(yīng)的MOS管關(guān)斷，放電回路被斷開，過放保護(hù)后，電芯電壓會(huì)上升，當(dāng)上升到門限電壓(過放保護(hù)恢復(fù)電壓)，Dout恢復(fù)低電平打開MOS開關(guān)。

4、過流、短路

當(dāng)放電過程中主回路電流過大時(shí)，由于MOS飽和導(dǎo)通也存在內(nèi)阻，所以電流在流經(jīng)B-和P-之間時(shí)MOS管兩端會(huì)產(chǎn)生壓降，保護(hù)IC的V-和VSS(經(jīng)過R2)會(huì)隨時(shí)檢測出兩端的電壓，當(dāng)電壓上升到保護(hù)IC的檢測門限(一般為0.15V，放電檢測過流電壓)，Dout馬上輸出高電平將對應(yīng)的MOS管關(guān)斷，放電回路被斷開。

在上述問題中，有的同學(xué)可能會(huì)提出疑問，如果選用導(dǎo)通內(nèi)阻低的MOS或者放電過流檢測電壓高的保護(hù)IC，是不是可以獲得大的輸出電流，答案是肯定的，但是切勿忘記考慮選用的MOS功率和電芯的容量(通常手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的工作頻率較高，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的紋波，MOS管導(dǎo)通電阻的選用一定要盡量小)。

5、NTC端口的作用

當(dāng)電池工作時(shí)，沒有發(fā)生過沖、過流和過放等問題，而由于工作時(shí)間太長，導(dǎo)致電芯溫度上升，而NTC緊貼電芯監(jiān)測電池溫度，隨著溫度上升，NTC的阻值逐漸下降，當(dāng)阻值下降到設(shè)定值時(shí)，CPU發(fā)出關(guān)機(jī)指令，停止對電池的充電，從而保護(hù)電池。

原文標(biāo)題：鋰電池保護(hù)板電路原理

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審核編輯：湯梓紅