鋰電池保護板知識培訓

1、鋰電池保護板知識培訓鋰電池保護板知識培訓一、電池各種封裝結(jié)構(gòu)簡介保護板保護板電芯電芯電池框電池框PTCPTC銘牌銘牌負極絕緣支架負極絕緣支架1 1、框架系列：、框架系列：電芯電芯負極絕緣支架負極絕緣支架保護板保護板電池框電池框銘牌銘牌方案優(yōu)勢：方案優(yōu)勢： 該方案適用面廣、外形靈活該方案適用面廣、外形靈活多樣，過程工藝相對簡單；多樣，過程工藝相對簡單；方案不足：方案不足： 不能最大限度的利用電池倉不能最大限度的利用電池倉空間；空間；保護板保護板電芯電芯上蓋上蓋PTCPTC底殼底殼支架支架2 2、打膠系列：、打膠系列：底殼打膠底殼打膠支架打膠支架打膠保護板點焊保護板點焊貼銘牌貼銘牌裝配上蓋裝配上蓋

2、方案優(yōu)勢：方案優(yōu)勢：、電池空間利用率高，成品尺寸較??；、電池空間利用率高，成品尺寸較小；方案不足：方案不足：A 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、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；電芯，該方案一般不適用使用國產(chǎn)電芯方案；保護板保護板3 3、低壓注塑系列：、低壓注塑系列：a a、低壓注塑、低壓注塑 、打、打ABAB膠膠 c c、包銘牌、包銘牌 方案優(yōu)勢：方案優(yōu)勢：、采用、采用ABAB膠可保證下支架與電芯粘接的強度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

3、累積、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 誤差誤差對成品對成品尺寸的影響，保證了成品尺寸精度。尺寸的影響，保證了成品尺寸精度。方案不足：方案不足：A A、ConnectorConnector一般使用金手指；一般使用金手指；B 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、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。保護。銘牌銘牌上蓋上蓋支架支架底殼底殼鋁箔鋁箔電芯電芯保護板保護板4 4、X-PACKX-PACK系列：系列：方案優(yōu)勢：方案優(yōu)勢： 該方案適用面廣，過程工藝該方案適用面廣，過程工藝自動化程度高；自動化程度高；適用范圍：適

4、用范圍： 適用與使用容量體積比相對適用與使用容量體積比相對較高的大容量聚合物電芯；較高的大容量聚合物電芯；組件加工組件加工機器包鋁箔機器包鋁箔熱壓熱壓包銘牌包銘牌3、鋰電池的主要性能、鋰電池的主要性能Battery pack指標：指標：v1、電池的容量：、電池的容量： 使用者最容易感受到的一個指標，如待機時使用者最容易感受到的一個指標，如待機時間、間、 通話時間。通話時間。v2、電池的內(nèi)阻：、電池的內(nèi)阻： 內(nèi)阻主要是由電芯、內(nèi)阻主要是由電芯、MOSFET 、PTC或或FUSE 、鎳帶及導線組成。它反應(yīng)的是動態(tài)電流在相關(guān)鎳帶及導線組成。它反應(yīng)的是動態(tài)電流在相關(guān)內(nèi)阻中的形成的導通壓降。內(nèi)阻中的形成

5、的導通壓降。v 3、電池的荷電保持能力：、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：指電池自身放電的大小，自放電由兩部份組成：A.電電芯的自放電。芯的自放電。B.保護板（主要是保護保護板（主要是保護IC）的自放電。）的自放電。v 4、電池的循環(huán)壽命：、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)該要大于數(shù)應(yīng)該要大于400次。次。v 5、電池的安全性：、電池的安全性： 是是Battery pack的安全性能。的安全性能。Battery pack的安全性要的安全性要從電芯、工藝設(shè)計和保護控制設(shè)計等幾方面考慮

6、。從電芯、工藝設(shè)計和保護控制設(shè)計等幾方面考慮。v 6、電池的功能性：、電池的功能性： 除了除了pack必須的幾個功能外，有的帶電壓調(diào)整、存儲必須的幾個功能外，有的帶電壓調(diào)整、存儲數(shù)據(jù)、帶充電電路、振動等。數(shù)據(jù)、帶充電電路、振動等。Battery pack參數(shù)：參數(shù)：1、充電方式：、充電方式：CC/CV 通常是先恒流，后恒壓。所以在選用充電器時通常是先恒流，后恒壓。所以在選用充電器時應(yīng)特別注意。應(yīng)特別注意。 采用座式充電器對電池進行充電推薦采用采用座式充電器對電池進行充電推薦采用0.30.6C電流進行電流進行CC充電充電(保證了電池安全和控制電池保證了電池安全和控制電池的充電總時間的充電總時間)

7、，CV恒壓值定在恒壓值定在4.164.24，避免，避免過充電對電池造成損傷；過充電對電池造成損傷； 2、最大放電電流：、最大放電電流：1C3、最大充電電流：、最大充電電流：1C4、放電溫度范圍：、放電溫度范圍：-2060 5、充電溫度范圍：、充電溫度范圍：0 45 電芯通常在低于電芯通常在低于0時，內(nèi)部的活性成分時，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度下充電。過高的溫度下充電對電芯也是不利的。是不利的。6、最高充電電壓：、最高充電電壓：4.24V

8、7、最低放電電壓：、最低放電電壓：2.75V 鋰電池的使用電壓特性：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，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：制造商雖然有所區(qū)別但區(qū)別不大：Li-ion Battery Discharge Curve 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在整個放電曲在整個放電曲線中是占用時間最長的。小于線中是占用時間最長的。小于3.5v后放電的

9、曲線就很陡了。后放電的曲線就很陡了。C-Rate: Capacity = 1ChExample: Capacity = 1000mAh 1C = 1000mANon-Linearity二、二、鋰電池保護電路工作原理鋰電池保護電路工作原理 由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行電能與化學能相互轉(zhuǎn)化的化學正中，其內(nèi)部進行電能與化學能相互轉(zhuǎn)化的化學正反應(yīng)，但在某些條件下，如對其過充電、過放電反應(yīng)，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內(nèi)部發(fā)生化學副反應(yīng)，該和過電流將會導致電池內(nèi)部發(fā)生化學副反應(yīng)，該副反應(yīng)加劇后會嚴重影響電池的性

10、能與使用壽命副反應(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，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致安全問題，因此所有的鋰離子電大后爆炸而導致安全問題，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。電回路以防止對電池發(fā)生損害。二、二、鋰電池保護電路工作原理鋰電池保護電路工作原理保護板的功能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、保護板常見的功能有：過充電保護、過

11、放電保護、短路短路/過流保護、溫度保護、充電電流過流保護、溫度保護、充電電流/電壓控制等電壓控制等功能。功能。保護板的主要元件保護板的主要元件主要元件主要元件主要功能主要功能IC命令的發(fā)出者，當命令的發(fā)出者，當IC檢測到檢測到過充過充、過放過放、過流過流、短路短路時會發(fā)出時會發(fā)出命令，讓命令，讓MOS關(guān)閉，從而切斷整個回路關(guān)閉，從而切斷整個回路MOS命令的執(zhí)行者，當他接收到命令的執(zhí)行者，當他接收到IC的命令時，會立刻斷開回路。其的命令時，會立刻斷開回路。其材料為半導體材料，因電位的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。材料為半導體材料，因電位的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。FUSE保險絲，與家用的保險絲工作原理相

12、同，當電流過大時，會犧保險絲，與家用的保險絲工作原理相同，當電流過大時，會犧牲自己，保護整個回路。牲自己，保護整個回路。缺點缺點：不可恢復。：不可恢復。PTC一種高分子導體材料，當電流、溫度過大時，其自身的電阻劇一種高分子導體材料，當電流、溫度過大時，其自身的電阻劇增，使得回路阻塞；當電流、溫度恢復時，其阻值會下降，恢增，使得回路阻塞；當電流、溫度恢復時，其阻值會下降，恢復正常工作狀態(tài)。復正常工作狀態(tài)。缺點：缺點：內(nèi)阻大。內(nèi)阻大。溫控開關(guān)溫控開關(guān)原理同原理同PTC，目的在于檢測某個元器件的溫度，當溫度過高時，目的在于檢測某個元器件的溫度，當溫度過高時，會切斷回路，起到保護元器件的作用。會切斷回

13、路，起到保護元器件的作用。運算管理電路運算管理電路主要控制電池的充放電電流，可以實現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長主要控制電池的充放電電流，可以實現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。二、二、鋰電池保護電路工作原理鋰電池保護電路工作原理鋰電池保護的主要項目：鋰電池保護的主要項目：v1、電池過充電保護、電池過充電保護v2、電池過放電保護、電池過放電保護v3、電池過電流保護與短路保護、電池過電流保護與短路保護v4 、一級保護、一級保護IC失效后的二級失效后的二級PTC或或FUSE保護保護保護ICID電阻電芯熱敏電阻MOSFETPTC或FUSE*上圖

14、是典型的鋰離子保護電路的原理圖，在有些電池中上圖是典型的鋰離子保護電路的原理圖，在有些電池中TH及及ID是是沒有的，沒有的，PTC及及FUSE是可選的，主要根據(jù)客戶的要求選用。其它的是可選的，主要根據(jù)客戶的要求選用。其它的器件都是必須的。器件都是必須的。IC個引腳功能：個引腳功能：VDD是是IC電源正極，電源正極，VSS是電是電源負極，源負極，VM是過流是過流/短路檢測端，短路檢測端，Do是放電是放電保護執(zhí)行端，保護執(zhí)行端，Co是充電保護執(zhí)行端。是充電保護執(zhí)行端。 1、過充電壓保護原理在通常狀態(tài)在通常狀態(tài)MOSFET中的中的Q1 、Q2是導通的。是導通的。從圖中可看到從圖中可看到Charger

15、的電流從的電流從Battery pack的的+端進入，經(jīng)過端進入，經(jīng)過FUSE到電芯的正級然后從電芯的負級端輸出，流經(jīng)到電芯的正級然后從電芯的負級端輸出，流經(jīng)MOSFET的的Q1 、Q2,最后從最后從Battery pack的的-端輸出。在充電中，保護端輸出。在充電中，保護IC（N1)時時時時監(jiān)測第監(jiān)測第5腳（腳（VDD）與第）與第6腳（腳（VSS）之間的端電壓，端電壓的值如果大等于過充）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，保護電電壓且達到過充電壓的延時時間，保護IC則通過第則通過第3腳關(guān)閉腳關(guān)閉Q2，所以當，所以當Q2被關(guān)被關(guān)閉后，雖然閉后，雖然Q2有個體二

16、極管，對于當前的電流流向是反向的，整個充電回路被切有個體二極管，對于當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）：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電芯兩端的電壓下降到保護保護IC的過充恢復電壓。的過充恢復電壓。b.在在pack的輸出端加負載放電（放電到電壓小于過充保的輸出端加負載放電（放電到電壓小于過充保護電壓）。護電壓）。 2、過放電壓保護原理在正常狀態(tài)下在正常狀態(tài)下N2的的Q1 、Q2是導通的。當在電池的輸出端加負載時，電是導通的。當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。保護流的流相

17、正好與充電的流相是相反的。保護IC（N1)時時監(jiān)測第時時監(jiān)測第5腳（腳（VDD）與第）與第6腳（腳（VSS）之間的端電壓，端電壓的值如果小等于過放電電）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，保護壓且達到過放電壓的延時時間，保護IC則通過第則通過第1腳關(guān)閉腳關(guān)閉Q1，所以當，所以當Q1被被關(guān)閉后，雖然關(guān)閉后，雖然Q1有個體二極管，對于當前的電流流向是反向的，整個放有個體二極管，對于當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的的正負端加正相充電電壓，當正負

18、端加正相充電電壓，當VDDVSS間的電壓達到過放恢復電壓值時，間的電壓達到過放恢復電壓值時，N1的的DO端會送出高電平重新開通端會送出高電平重新開通Q1。 3 、過電流保護原理過電流保護指的是過放電流的保護，通常的保護過電流保護指的是過放電流的保護，通常的保護IC至少有至少有兩重過電流保護，過電流兩重過電流保護，過電流1及短路保護，保護及短路保護，保護IC檢測的是檢測的是VSSVM端的電壓值，當電壓值達到過電流端的電壓值，當電壓值達到過電流1或短路保護的或短路保護的閥值且達到相對的延時時間時，保護閥值且達到相對的延時時間時，保護IC將將DO端斷開關(guān)閉端斷開關(guān)閉Q1,使得放電回路切斷。過電流解除

19、的條件是使得放電回路切斷。過電流解除的條件是pack的輸出端的負的輸出端的負載去除，保護載去除，保護IC會自動將會自動將DO腳置為高電平導通腳置為高電平導通Q1。 過電流過電流1的電壓值一般是的電壓值一般是0.1V-0.3V之間，根據(jù)不之間，根據(jù)不同的保護同的保護IC有不同的值，短路檢測的電壓值通常有不同的值，短路檢測的電壓值通常是是0.9V2V，這也是根據(jù)保護，這也是根據(jù)保護IC的不同而不同。的不同而不同。這個電壓值是指通過電流流經(jīng)這個電壓值是指通過電流流經(jīng)MOSFET Q1,Q2后在后在上面得到的導通壓降。所以過電流保護的大小與上面得到的導通壓降。所以過電流保護的大小與選用的選用的MOSF

20、ET的導通電阻是有密切關(guān)系的。的導通電阻是有密切關(guān)系的。MOSFET的導通電阻越大反映出的保護電流值就的導通電阻越大反映出的保護電流值就越小。如：內(nèi)阻為越小。如：內(nèi)阻為20m的的MOSFET，選用的過電，選用的過電流流1的值為的值為0.15v的保護的保護IC，那過電流，那過電流1的保護電流的保護電流應(yīng)為：應(yīng)為：0.15v/0.02*2=3.75A。以下列舉一個精工的保護以下列舉一個精工的保護ICIC參數(shù)：參數(shù)：（如（如S-8261ABRMD)S-8261ABRMD)主要保護參數(shù)：主要保護參數(shù)：1 1、過充電保護電壓：、過充電保護電壓：4.275V4.275V2 2、過充電保護恢復電壓：、過充電

21、保護恢復電壓：4.075V4.075V3 3、過放電保護電壓：、過放電保護電壓：2.5V2.5V4 4、過放電保護恢復電壓：、過放電保護恢復電壓：2.9V2.9V5 5、過電流、過電流1 1檢測電壓保護值：檢測電壓保護值：0.15V0.15V6 6、短路保護電壓：、短路保護電壓：1.2V1.2V* *建議不采用過充電保護電壓超過建議不采用過充電保護電壓超過4.325V4.325V的保護值。的保護值。過高的電壓安全性不好。過高的電壓安全性不好。4其他保護功能其他保護功能FUSE：當保護板的當保護板的IC、MOS由于靜電或是其他因素而失效，由于靜電或是其他因素而失效，F(xiàn)USE則起到則起到了至關(guān)重要的作用，在電池短路或者是過流情況下，了至關(guān)重要的作用，在電池短路或者是過流情況下，F(xiàn)USE挺身而出，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，靠熔斷自己來切斷整個回路，徹底進行保護，