二次鋰電池保護系統(tǒng)培訓教材

二次鋰電池的保護系統(tǒng)

筆記本電腦★便攜式DVD★數(shù)碼產(chǎn)品及手機★動力電池★醫(yī)療設(shè)備★軍事通信設(shè)備提綱一、電子產(chǎn)品的靜電防護二、主要保護器件介紹三、過度充電保護原理與實現(xiàn)方法四、過度放電保護原理與實現(xiàn)方法五、過流（短路）保護原理與實現(xiàn)方法六、均衡原理與實現(xiàn)方法

七、鋰電池保護IC的新功能八、對保護IC及MOSFET性能的要求九、我司保護板的一般設(shè)置值十、如何合理選擇保護板十一、如何焊接保護板電子產(chǎn)品的靜電防護（一）靜電的產(chǎn)生自然界的所有物質(zhì)都是由原子組合而成，而原子含有質(zhì)子和中子，質(zhì)子具有正電荷，電子具有負電荷，通常任何物體帶有的正負電荷是等量的，當其發(fā)生運動(摩擦、接觸、冷凍、電解、溫差等)，一種物體積聚正電荷,另一物體積聚負電荷,從而在物體上產(chǎn)生靜電。在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中，產(chǎn)生靜電的主要途徑為：摩擦、感應(yīng)和傳導。

(二)

對電子器件的危害據(jù)統(tǒng)計，半導體破壞率：59%是由靜電引起。而其中僅有10%的是靜電敏感器件（如MOSFET）硬擊穿，即MOSFET立即失效（短路﹑開路﹑等參數(shù)變化）;有90%的為潛在性損傷---軟擊穿。由于IC是電子產(chǎn)品的核心，它的失效就會引起電子產(chǎn)品的工作不正?；驌p壞，因此靜電是電子產(chǎn)品的無形殺手。在電子器件生產(chǎn)中靜電的危害形式：(1).靜電吸附塵埃，引起短路現(xiàn)象的產(chǎn)生。(2).靜電放電引起的器件擊穿（軟擊穿、硬擊穿）。A.硬擊穿：器件受到靜電影響后，產(chǎn)生永久性的創(chuàng)傷或性能完全喪失。B.軟擊穿：器件受靜電影響后，開始性能沒有明顯惡化或失效，隨著時間的推移﹐會出現(xiàn)隨機性的變化，間歇性喪失功能﹐性能不穩(wěn)定。結(jié)果是造成電子產(chǎn)品或設(shè)備工作不穩(wěn)定和不可靠。鑒于公司目前的狀況，若想做到對靜電有很好的防護是不可能的（資金投入很大），但是我們目前有能力做到的，一定要做到，下面演示存放電子產(chǎn)品的正確操作。指出下列錯誤的原因

OKOKOK主要保護器件介紹一級保護系統(tǒng)主要由IC來控制MOSFET的開關(guān)進行保護?；谝患壉Ｗo電路失效的情況，預防惡性安全事故的發(fā)生,有必要建立二級保護功能。常見的二級保護措施有：電芯本體內(nèi)部保護快速融斷保險絲PTC溫度保險絲一次性溫度電流保險絲高壓輸入保護反壓輸入保護過壓二級保護線路(采用第二顆鋰電池保護IC配合三端溫度保險絲使用，當出現(xiàn)過電壓時，強行一次性融斷溫度保險絲，避免電池起火爆炸）過度充電保護原理與實現(xiàn)方法過度充電保護IC的原理為：當外部充電器對鋰電池充電時，為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時，保護IC需檢測電池電壓，當?shù)竭_4.25V時(假設(shè)電池過充點為4.25V)即激活過度充電保護，將功率MOSFET由開轉(zhuǎn)為關(guān)斷，進而截止充電。另外,還必須注意因噪聲所產(chǎn)生的過度充電檢測誤動作，以免判定為過充保護。因此，需要設(shè)定延遲時間（即過充延遲時間），并且延遲時間不能短于噪聲的持續(xù)時間。（問題：過充應(yīng)該怎樣測試？）過度放電保護原理與實現(xiàn)方法

在過度放電的情況下，電解液因分解而導致電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低。采用鋰電池保護IC可以避免過度放電現(xiàn)象發(fā)生，實現(xiàn)電池保護功能。過度放電保護IC原理：為了防止鋰電池的過度放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低于其過度放電電壓檢測點2.3V(假定為2.3V)時將激活過度放電保護，使功率MOSFET由開轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷而截止放電，以避免電池過度放電現(xiàn)象發(fā)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式，此時的電流僅0.1uA。當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高于過度放電恢復電壓時，過度放電保護功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過放電檢測電路設(shè)有延遲時間以避免發(fā)生誤動作。（過放延遲時間）（問題：過放應(yīng)怎樣測試？）過流（短路）保護原理與實現(xiàn)方法因不明原因(放電時或正負極遭金屬物誤觸)造成過電流或短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。

過電流保護IC原理為：當放電電流過大或短路情況發(fā)生時，保護IC將激活過(短路)電流保護，此時過電流的檢測是將功率MOSFET的Rds(on)當成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測其電壓的下降情形，如果比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電，計算公式為:V-=I×Rds(on)×2(V-為過電流檢測電壓，I為放電電流)。假設(shè)V-=0.2V，Rds(on)=25mΩ,則保護電流的大小為I=4A。同樣地，過電流檢測也必須設(shè)有延遲時間以防有突發(fā)電流流入時發(fā)生誤動作。（即過流延時）

通常在過電流發(fā)生后,若能去除過電流因素(例如馬上與負載脫離)，將會恢復其正常狀態(tài)，可以再進行正常的充放電動作。（過流自恢復）（問題：要使過流為8A，應(yīng)怎樣處理？）

均衡原理及實現(xiàn)方法當電池在組合的情況下，由于電池的不一致性，將會影響容量發(fā)揮，此時可以用小電流放電形式對電池均衡。實現(xiàn)方法有智能型和非智能型。我們動力電池保護板均衡檢測是智能型。非動力電池保護板的均衡檢測是靠電壓鎖定模式進行均衡。均衡電流不能過大，一般為80－130mA，主要考慮到大功率低壓驅(qū)動MOSFET成本較高及散熱等因素。鋰電池保護IC的新功能除了上述的鋰電池保護IC功能之外，下面這些新的功能同樣值得關(guān)注：1.充電時的過電流保護

當連接充電器進行充電時突然發(fā)生過電流(如充電器損壞)，電路立即進行過電流檢測，此時Cout將由高轉(zhuǎn)為低,功率MOSFET由開轉(zhuǎn)為關(guān)斷，實現(xiàn)保護功能。

V-(Vdet4過電流檢測電壓，Vdet4為-0.1V)=I(充電電流)×Rds(on)×2

2.過度充電時的鎖定模式

通常保護IC在過度充電保護時將經(jīng)過一段延遲時間，然后就會將功率MOSFET關(guān)斷以達到保護的目的，當鋰電池電壓一直下降到解除點(過度充電滯后電壓)時就會恢復，此時又會繼續(xù)充電-保護-放電-充電-放電。這種狀態(tài)的安全性問題將無法獲得有效解決，鋰電池將一直重復著充電-放電-充電-放電的動作，功率MOSFET的柵極將反復地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會使MOSFET變熱，還會降低電池壽命,因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護電路在檢測到過度充電保護時有鎖定模式，MOSFET將不會變熱，且安全性相對提高很多。

在過度充電保護之后，只要充電器連接在電池包上，此時將進入過充鎖定模式。此時，即使鋰電池電壓下降也不會發(fā)生再充電的情形，將充電器移除并連接負載即可恢復充放電的狀態(tài)。

對保護IC及MOSFET性能的要求

1.過度充電保護的高精度化

當鋰離子電池有過度充電狀態(tài)時，為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升，須截止充電狀態(tài)。保護IC將檢測電池電壓，當檢測到過度充電時，則過度充電檢測的功率MOSFET使之關(guān)斷而截止充電。此時應(yīng)注意的是過度充電的檢測電壓的高精度化，在電池充電時，使電池充電到飽滿的狀態(tài)是使用者很關(guān)心的問題，同時兼顧到安全性問題，因此需要在達到容許電壓時截止充電狀態(tài)。要同時符合這兩個條件，必須有高精度的檢測器，目前檢測器的精度為25mV，該精度將有待于進一步提高。

2.降低保護IC的耗電

隨著使用時間的增加，已充過電的鋰離子電池電壓會逐漸降低，最后低到規(guī)格標準值以下，此時就需要再度充電。若未充電而繼續(xù)使用，可能造成由于過度放電而使電池不能繼續(xù)使用。為防止過度放電，保護IC必須檢測電池電壓，一旦達到過度放電檢測電壓以下，就得使放電一方的功率MOSFET關(guān)斷而截止放電。但此時電池本身仍有自然放電及保護IC的消耗電流存在，因此需要使保護IC消耗的電流降到最低程度。現(xiàn)在能做到0.1uA。（即過放后自耗電）（問題：過放后自耗電應(yīng)怎樣測試？）3.過電流/短路保護需有低檢測電壓及高精度的要求

因不明原因?qū)е露搪窌r必須立即停止放電。過電流的檢測是以功率MOSFET的Rds(on)為感應(yīng)阻抗，以監(jiān)視其電壓的下降，此時的電壓若比過電流檢測電壓還高時即停止放電。為了使功率MOSFET的Rds(on)在充電電流與放電電流時有效應(yīng)用，需使該阻抗值盡量低，目前該阻抗約為20mΩ~30mΩ，我們動力電池保護板用的10mΩ/1W/5PCS功率貼片電阻，這樣過電流檢測電壓就可較低。4.耐高電壓

電池包與充電器連接時瞬間會有高壓產(chǎn)生，因此保護IC應(yīng)滿足耐高壓的要求。5.低電池功耗

在保護狀態(tài)時，其靜態(tài)耗電流必須要小0.1uA。6.零伏可充電

有些電池在存放的過程中可能因為放太久或不正常的原因?qū)е码妷旱偷?V，故保護IC需要在0V時也可以實現(xiàn)充電。我司電池保護板一般設(shè)置值單節(jié)保護

過充電壓保護4.25～4.35V鐵系保護電壓3.65～3.9V

過放電壓保護2.3～2.5V鐵系保護電壓2.0～2.4V

過電流保護 2C～3C

短路保護

過電流切斷時間10mS~15mS

短路切斷時間<600uS

過充在電壓跌落時自恢復功能

過放在電壓回升時自恢復功能

短路/過流在解除時自恢復功能多節(jié)保護

對每節(jié)鋰電芯獨立進行過充，過放保護

對整個鋰電池組進行過電流和短路保護對整個鋰電池組進行反充保護和高壓保護（只限于動力電池保護板）通過保護芯片對鋰電池電芯進行電壓均衡非鐵系：4.2V/90mA鐵系為：3.65V/90mA動力電池可通過程序設(shè)置。

說明：這里所指的多節(jié)均指串聯(lián)的鋰電池

如有多節(jié)并聯(lián)，則視同為單節(jié)鋰電電芯如何合理選擇保護板保護板選擇的主要原則是：既要考慮到電芯的安全，又能符合客戶要求，即能正常使用。同時又要使成本最小化，電芯的安全優(yōu)先級高于客戶的正常使用?？蛻粽Ｊ褂脙?yōu)先級高于成本。下面以具體的案例來分析如何合理選擇保護板。以錳酸鋰為例，過充，過放值均由我司來定。案例1：有一個客戶主機工作電流為4A，瞬間最大電流10A(8mS)，要用4ah的電芯1S1P。（常溫下工作）

案例2：有一個客戶主機工作電流為4A，瞬間最大電流10A(8mS)，要用4ah的電芯1S1P。（50度下工作）案例3：有一個客戶主機工作電流為4A，瞬間最大電流10A(30mS)，要用4ah的電芯1S1P。（常溫下工作）案例4：有一個客戶主機工作電流為4A，瞬間最大電流30A(8mS)，要用4ah的電芯1S1P。

（常溫下工作）

『保護板資料』保護板資料A：過充4.25V延時1S過放2.4V延時150mS

過流10A延時15mS工作電流4A自耗電8uAB：過充4.35V延時1S過放2.3V延時150mS過流10A延時15mS工作電流5A自耗電8uAC：過充4.25V延時1S過放2.4V延時150mS過流10A延時40mS工作電流4A自耗電8uAD：過充4.25V延時1S過放2.3V延時150mS過流20A延時15mS工作電流4A自耗電8uAE：過充4.35V延時1S過放2.5V延時150mS過流35A延時5mS工作電流4A自耗電8uAF：過充4.25V延時1S過放2.5V延時150mS過流10A延時35mS工作電流5A自耗電8uA如何焊接PACK一、準備工作1.1、手上必須帶上靜電環(huán)及靜電手套，靜電環(huán)需有效可靠接地；1.2、工作臺上應(yīng)有靜電席，靜電席必須有效可靠接地；1.3、烙鐵必須有效可靠接地，溫度保持在300℃～400℃左右；1.4、烙鐵架里應(yīng)放一快高溫吸水棉，高溫吸水棉應(yīng)保持足夠的水分（擦烙鐵頭用）；準備一硬紙盒，用于敲去烙鐵頭上的干錫；1.5、準備好助焊劑、焊錫絲，助焊劑需用無鉛的中性助焊劑（如松香等）焊錫絲需用無鉛焊錫；1.6、檢查烙鐵頭是否已經(jīng)氧化或是否容易上錫；不易上錫的應(yīng)及時清洗烙鐵頭或更換烙鐵頭；（清洗方法：先用高溫吸水棉擦拭，再用焊錫對烙鐵頭進行搪錫，反復多次使烙鐵頭保持光亮且易上錫）；1.7、手上需保持干燥清潔，特別不能有手汗或液體；1.8、在焊接完成之后，烙鐵頭應(yīng)上錫保養(yǎng)，若短時間不用，應(yīng)將溫度調(diào)低，若長時間不用，應(yīng)使烙鐵處于OFF狀態(tài)。二、焊接作業(yè)要求

2.1、焊前準備：焊接前的準備工作主要是對烙鐵頭的預處理，應(yīng)在烙鐵架的小盒內(nèi)準備好高溫吸水棉（用水浸濕，保持足夠的水分），在再準備一小厚紙盒