鋰電池保護板知識培訓(xùn)PPT課件.ppt

鋰電池保護板知識培訓(xùn) 07 02 2020 1 一 電池各種封裝結(jié)構(gòu)簡介 07 02 2020 2 方案優(yōu)勢 該方案適用面廣 外形靈活多樣 過程工藝相對簡單 方案不足 不能最大限度的利用電池倉空間 07 02 2020 3 2 打膠系列 07 02 2020 4 方案優(yōu)勢 電池空間利用率高 成品尺寸較小 方案不足 A 因該方案公差易產(chǎn)生一定累積 而國產(chǎn)電芯尺寸的公差遠大于進口電芯 該方案一般不適用使用國產(chǎn)電芯方案 07 02 2020 5 3 低壓注塑系列 07 02 2020 6 方案優(yōu)勢 采用AB膠可保證下支架與電芯粘接的強度 采用低壓注塑 可有效解決電芯等原材料公差 組裝過程的累積誤差對成品尺寸的影響 保證了成品尺寸精度 方案不足 A Connector一般使用金手指 B 因進口電芯防爆閥一般在電芯前端 注塑過程需對電芯安全閥作特別保護 07 02 2020 7 4 X PACK系列 07 02 2020 8 方案優(yōu)勢 該方案適用面廣 過程工藝自動化程度高 適用范圍 適用與使用容量體積比相對較高的大容量聚合物電芯 07 02 2020 9 3 鋰電池的主要性能 Batterypack指標(biāo) 1 電池的容量 使用者最容易感受到的一個指標(biāo) 如待機時間 通話時間 2 電池的內(nèi)阻 內(nèi)阻主要是由電芯 MOSFET PTC或FUSE 鎳帶及導(dǎo)線組成 它反應(yīng)的是動態(tài)電流在相關(guān)內(nèi)阻中的形成的導(dǎo)通壓降 07 02 2020 10 3 電池的荷電保持能力 指電池自身放電的大小 自放電由兩部份組成 A 電芯的自放電 B 保護板 主要是保護IC 的自放電 4 電池的循環(huán)壽命 反映的是電芯的充放電循環(huán)次數(shù) 好的電芯的循環(huán)次數(shù)應(yīng)該要大于400次 5 電池的安全性 是Batterypack的安全性能 Batterypack的安全性要從電芯 工藝設(shè)計和保護控制設(shè)計等幾方面考慮 6 電池的功能性 除了pack必須的幾個功能外 有的帶電壓調(diào)整 存儲數(shù)據(jù) 帶充電電路 振動等 07 02 2020 11 Batterypack參數(shù) 1 充電方式 CC CV通常是先恒流 后恒壓 所以在選用充電器時應(yīng)特別注意 采用座式充電器對電池進行充電推薦采用0 3 0 6C電流進行CC充電 保證了電池安全和控制電池的充電總時間 CV恒壓值定在4 16 4 24 避免過充電對電池造成損傷 2 最大放電電流 1C3 最大充電電流 1C4 放電溫度范圍 20 60 07 02 2020 12 5 充電溫度范圍 0 45 電芯通常在低于0 時 內(nèi)部的活性成分很弱 內(nèi)阻相對會變的比較大 充電的效果是很差 因此不建議放在過低的溫度下充電 過高的溫度下充電對電芯也是不利的 6 最高充電電壓 4 24V7 最低放電電壓 2 75V 07 02 2020 13 鋰電池的使用電壓特性 鋰電池的電壓過高或過低都會造成嚴重的問題 根據(jù)實際使用情況 劃分幾個區(qū)域 不同的電芯制造商雖然有所區(qū)別但區(qū)別不大 07 02 2020 14 Li ionBatteryDischargeCurve 放電曲線中 放電時間與放電電壓并不是成線性關(guān)系 放電中3 5v 4 0v在整個放電曲線中是占用時間最長的 小于3 5v后放電的曲線就很陡了 C Rate Capacity 1ChExample Capacity 1000mAh 1C 1000mA Non Linearity 07 02 2020 15 二 鋰電池保護電路工作原理 由于鋰離子電池的化學(xué)特性 在正常使用過程中 其內(nèi)部進行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng) 但在某些條件下 如對其過充電 過放電和過電流將會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng) 該副反應(yīng)加劇后會嚴重影響電池的性能與使用壽命 并可能產(chǎn)生大量氣體 使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題 因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路 用于對電池的充 放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測 并在某些條件下關(guān)斷充 放電回路以防止對電池發(fā)生損害 07 02 2020 16 2020 2 7 17 二 鋰電池保護電路工作原理 保護板的功能保護板常見的功能有 過充電保護 過放電保護 短路 過流保護 溫度保護 充電電流 電壓控制等功能 07 02 2020 18 保護板的主要元件 07 02 2020 19 07 02 2020 20 二 鋰電池保護電路工作原理 鋰電池保護的主要項目 1 電池過充電保護2 電池過放電保護3 電池過電流保護與短路保護4 一級保護IC失效后的二級PTC或FUSE保護 07 02 2020 21 保護IC ID電阻 電芯 熱敏電阻 MOSFET PTC或FUSE 上圖是典型的鋰離子保護電路的原理圖 在有些電池中TH及ID是沒有的 PTC及FUSE是可選的 主要根據(jù)客戶的要求選用 其它的器件都是必須的 07 02 2020 22 IC個引腳功能 VDD是IC電源正極 VSS是電源負極 VM是過流 短路檢測端 Do是放電保護執(zhí)行端 Co是充電保護執(zhí)行端 07 02 2020 23 1 過充電壓保護原理 在通常狀態(tài)MOSFET中的Q1 Q2是導(dǎo)通的 從圖中可看到Charger的電流從Batterypack的 端進入 經(jīng)過FUSE到電芯的正級然后從電芯的負級端輸出 流經(jīng)MOSFET的Q1 Q2 最后從Batterypack的 端輸出 在充電中 保護IC N1 時時監(jiān)測第5腳 VDD 與第6腳 VSS 之間的端電壓 端電壓的值如果大等于過充電電壓且達到過充電壓的延時時間 保護IC則通過第3腳關(guān)閉Q2 所以當(dāng)Q2被關(guān)閉后 雖然Q2有個體二極管 對于當(dāng)前的電流流向是反向的 整個充電回路被切斷 這時只能放電 過充解除條件是 滿足條件之一 a 電芯兩端的電壓下降到保護IC的過充恢復(fù)電壓 b 在pack的輸出端加負載放電 放電到電壓小于過充保護電壓 07 02 2020 24 2 過放電壓保護原理 在正常狀態(tài)下N2的Q1 Q2是導(dǎo)通的 當(dāng)在電池的輸出端加負載時 電流的流相正好與充電的流相是相反的 保護IC N1 時時監(jiān)測第5腳 VDD 與第6腳 VSS 之間的端電壓 端電壓的值如果小等于過放電電壓且達到過放電壓的延時時間 保護IC則通過第1腳關(guān)閉Q1 所以當(dāng)Q1被關(guān)閉后 雖然Q1有個體二極管 對于當(dāng)前的電流流向是反向的 整個放電回路被切斷 這時只能充電 過放電解除方法是 去除負載 在pack的正負端加正相充電電壓 當(dāng)VDD VSS間的電壓達到過放恢復(fù)電壓值時 N1的DO端會送出高電平重新開通Q1 07 02 2020 25 3 過電流保護原理 過電流保護指的是過放電流的保護 通常的保護IC至少有兩重過電流保護 過電流1及短路保護 保護IC檢測的是VSS VM端的電壓值 當(dāng)電壓值達到過電流1或短路保護的閥值且達到相對的延時時間時 保護IC將DO端斷開關(guān)閉Q1 使得放電回路切斷 過電流解除的條件是pack的輸出端的負載去除 保護IC會自動將DO腳置為高電平導(dǎo)通Q1 07 02 2020 26 過電流1的電壓值一般是0 1V 0 3V之間 根據(jù)不同的保護IC有不同的值 短路檢測的電壓值通常是0 9V 2V 這也是根據(jù)保護IC的不同而不同 這個電壓值是指通過電流流經(jīng)MOSFETQ1 Q2后在上面得到的導(dǎo)通壓降 所以過電流保護的大小與選用的MOSFET的導(dǎo)通電阻是有密切關(guān)系的 MOSFET的導(dǎo)通電阻越大反映出的保護電流值就越小 如 內(nèi)阻為20m 的MOSFET 選用的過電流1的值為0 15v的保護IC 那過電流1的保護電流應(yīng)為 0 15v 0 02 2 3 75A 07 02 2020 27 以下列舉一個精工的保護IC參數(shù) 如S 8261ABRMD 主要保護參數(shù) 1 過充電保護電壓 4 275V2 過充電保護恢復(fù)電壓 4 075V3 過放電保護電壓 2 5V4 過放電保護恢復(fù)電壓 2 9V5 過電流1檢測電壓保護值 0 15V6 短路保護電壓 1 2V 建議不采用過充電保護電壓超過4 325V的保護值 過高的電壓安全性不好 07 02 2020 28 4其他保護功能 FUSE 當(dāng)保護板的IC MOS由于靜電或是其他因素而失效 FUSE則起到了至關(guān)重要的作用 在電池短路或者是過流情況下 FUSE挺身而出 靠熔斷自己來切斷整個回路 徹底進行保護 但由于進行得太徹底 無法進行自恢復(fù) 從而報廢了整個電池 只有重新更換新的保護板 另外 如果設(shè)計失誤 很可能造成FUSE比IC提前動作 過早的切斷回路 優(yōu)點 內(nèi)阻 體積小缺點 無法自恢復(fù) 熔斷時間控制難PTC PTC的主要特性就是可以自恢復(fù) 當(dāng)回路電流過大 溫度過高 其阻值劇增 甚至絕緣 當(dāng)這些異常因素撤銷的時候 自身會自動恢復(fù) 將阻值減小 恢復(fù)到正常工作狀態(tài) 優(yōu)點 可自行恢復(fù) 減少返修缺點 內(nèi)阻 體積大溫度保護 原理同PTC 07 02 2020 29 NTC T端口 的作用 當(dāng)電