二次鋰電池保護(hù)系統(tǒng)培訓(xùn)教材

二次鋰電池的保護(hù)系統(tǒng)

筆記本電腦★便攜式DVD★數(shù)碼產(chǎn)品及手機(jī)★動(dòng)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(hù)二、主要保護(hù)器件介紹三、過(guò)度充電保護(hù)原理與實(shí)現(xiàn)方法四、過(guò)度放電保護(hù)原理與實(shí)現(xiàn)方法五、過(guò)流（短路）保護(hù)原理與實(shí)現(xiàn)方法六、均衡原理與實(shí)現(xiàn)方法

七、鋰電池保護(hù)IC的新功能八、對(duì)保護(hù)IC及MOSFET性能的要求九、我司保護(hù)板的一般設(shè)置值十、如何合理選擇保護(hù)板十一、如何焊接保護(hù)板電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)（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(fù)電荷，通常任何物體帶有的正負(fù)電荷是等量的，當(dāng)其發(fā)生運(yùn)動(dòng)(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(fù)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(dǎo)。

(二)

對(duì)電子器件的危害據(jù)統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)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(kāi)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(huì)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(wú)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(kāi)始性能沒(méi)有明顯惡化或失效，隨著時(shí)間的推移﹐會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)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(duì)靜電有很好的防護(hù)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(cuò)誤的原因

OKOKOK主要保護(hù)器件介紹一級(jí)保護(hù)系統(tǒng)主要由IC來(lái)控制MOSFET的開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)?；谝患?jí)保護(hù)電路失效的情況，預(yù)防惡性安全事故的發(fā)生,有必要建立二級(jí)保護(hù)功能。常見(jiàn)的二級(jí)保護(hù)措施有：電芯本體內(nèi)部保護(hù)快速融斷保險(xiǎn)絲PTC溫度保險(xiǎn)絲一次性溫度電流保險(xiǎn)絲高壓輸入保護(hù)反壓輸入保護(hù)過(guò)壓二級(jí)保護(hù)線路(采用第二顆鋰電池保護(hù)IC配合三端溫度保險(xiǎn)絲使用，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，強(qiáng)行一次性融斷溫度保險(xiǎn)絲，避免電池起火爆炸）過(guò)度充電保護(hù)原理與實(shí)現(xiàn)方法過(guò)度充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)(假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V)即激活過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)為關(guān)斷，進(jìn)而截止充電。另外,還必須注意因噪聲所產(chǎn)生的過(guò)度充電檢測(cè)誤動(dòng)作，以免判定為過(guò)充保護(hù)。因此，需要設(shè)定延遲時(shí)間（即過(guò)充延遲時(shí)間），并且延遲時(shí)間不能短于噪聲的持續(xù)時(shí)間。（問(wèn)題：過(guò)充應(yīng)該怎樣測(cè)試？）過(guò)度放電保護(hù)原理與實(shí)現(xiàn)方法

在過(guò)度放電的情況下，電解液因分解而導(dǎo)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(hù)IC可以避免過(guò)度放電現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能。過(guò)度放電保護(hù)IC原理：為了防止鋰電池的過(guò)度放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)度放電電壓檢測(cè)點(diǎn)2.3V(假定為2.3V)時(shí)將激活過(guò)度放電保護(hù)，使功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷而截止放電，以避免電池過(guò)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(jī)模式，此時(shí)的電流僅0.1uA。當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電恢復(fù)電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免發(fā)生誤動(dòng)作。（過(guò)放延遲時(shí)間）（問(wèn)題：過(guò)放應(yīng)怎樣測(cè)試？）過(guò)流（短路）保護(hù)原理與實(shí)現(xiàn)方法因不明原因(放電時(shí)或正負(fù)極遭金屬物誤觸)造成過(guò)電流或短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。

過(guò)電流保護(hù)IC原理為：當(dāng)放電電流過(guò)大或短路情況發(fā)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(guò)(短路)電流保護(hù)，此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將功率MOSFET的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，如果比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，計(jì)算公式為:V-=I×Rds(on)×2(V-為過(guò)電流檢測(cè)電壓，I為放電電流)。假設(shè)V-=0.2V，Rds(on)=25mΩ,則保護(hù)電流的大小為I=4A。同樣地，過(guò)電流檢測(cè)也必須設(shè)有延遲時(shí)間以防有突發(fā)電流流入時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。（即過(guò)流延時(shí)）

通常在過(guò)電流發(fā)生后,若能去除過(guò)電流因素(例如馬上與負(fù)載脫離)，將會(huì)恢復(fù)其正常狀態(tài)，可以再進(jìn)行正常的充放電動(dòng)作。（過(guò)流自恢復(fù)）（問(wèn)題：要使過(guò)流為8A，應(yīng)怎樣處理？）

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

當(dāng)連接充電器進(jìn)行充電時(shí)突然發(fā)生過(guò)電流(如充電器損壞)，電路立即進(jìn)行過(guò)電流檢測(cè)，此時(shí)Cout將由高轉(zhuǎn)為低,功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)為關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

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

2.過(guò)度充電時(shí)的鎖定模式

通常保護(hù)IC在過(guò)度充電保護(hù)時(shí)將經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間，然后就會(huì)將功率MOSFET關(guān)斷以達(dá)到保護(hù)的目的，當(dāng)鋰電池電壓一直下降到解除點(diǎn)(過(guò)度充電滯后電壓)時(shí)就會(huì)恢復(fù)，此時(shí)又會(huì)繼續(xù)充電-保護(hù)-放電-充電-放電。這種狀態(tài)的安全性問(wèn)題將無(wú)法獲得有效解決，鋰電池將一直重復(fù)著充電-放電-充電-放電的動(dòng)作，功率MOSFET的柵極將反復(fù)地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會(huì)使MOSFET變熱，還會(huì)降低電池壽命,因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護(hù)電路在檢測(cè)到過(guò)度充電保護(hù)時(shí)有鎖定模式，MOSFET將不會(huì)變熱，且安全性相對(duì)提高很多。

在過(guò)度充電保護(hù)之后，只要充電器連接在電池包上，此時(shí)將進(jìn)入過(guò)充鎖定模式。此時(shí)，即使鋰電池電壓下降也不會(huì)發(fā)生再充電的情形，將充電器移除并連接負(fù)載即可恢復(fù)充放電的狀態(tài)。

對(duì)保護(hù)IC及MOSFET性能的要求

1.過(guò)度充電保護(hù)的高精度化

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

2.降低保護(hù)IC的耗電

隨著使用時(shí)間的增加，已充過(guò)電的鋰離子電池電壓會(huì)逐漸降低，最后低到規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)值以下，此時(shí)就需要再度充電。若未充電而繼續(xù)使用，可能造成由于過(guò)度放電而使電池不能繼續(xù)使用。為防止過(guò)度放電，保護(hù)IC必須檢測(cè)電池電壓，一旦達(dá)到過(guò)度放電檢測(cè)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(shí)電池本身仍有自然放電及保護(hù)IC的消耗電流存在，因此需要使保護(hù)IC消耗的電流降到最低程度?，F(xiàn)在能做到0.1uA。（即過(guò)放后自耗電）（問(wèn)題：過(guò)放后自耗電應(yīng)怎樣測(cè)試？）3.過(guò)電流/短路保護(hù)需有低檢測(cè)電壓及高精度的要求

因不明原因?qū)е露搪窌r(shí)必須立即停止放電。過(guò)電流的檢測(cè)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(shí)的電壓若比過(guò)電流檢測(cè)電壓還高時(shí)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(shí)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(dòng)力電池保護(hù)板用的10mΩ/1W/5PCS功率貼片電阻，這樣過(guò)電流檢測(cè)電壓就可較低。4.耐高電壓

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

在保護(hù)狀態(tài)時(shí)，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(guò)程中可能因?yàn)榉盘没虿徽５脑驅(qū)е码妷旱偷?V，故保護(hù)IC需要在0V時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)充電。我司電池保護(hù)板一般設(shè)置值單節(jié)保護(hù)

過(guò)充電壓保護(hù)4.25～4.35V鐵系保護(hù)電壓3.65～3.9V

過(guò)放電壓保護(hù)2.3～2.5V鐵系保護(hù)電壓2.0～2.4V

過(guò)電流保護(hù) 2C～3C

短路保護(hù)

過(guò)電流切斷時(shí)間10mS~15mS

短路切斷時(shí)間<600uS

過(guò)充在電壓跌落時(shí)自恢復(fù)功能

過(guò)放在電壓回升時(shí)自恢復(fù)功能

短路/過(guò)流在解除時(shí)自恢復(fù)功能多節(jié)保護(hù)

對(duì)每節(jié)鋰電芯獨(dú)立進(jìn)行過(guò)充，過(guò)放保護(hù)

對(duì)整個(gè)鋰電池組進(jìn)行過(guò)電流和短路保護(hù)對(duì)整個(gè)鋰電池組進(jìn)行反充保護(hù)和高壓保護(hù)（只限于動(dòng)力電池保護(hù)板）通過(guò)保護(hù)芯片對(duì)鋰電池電芯進(jìn)行電壓均衡非鐵系：4.2V/90mA鐵系為：3.65V/90mA動(dòng)力電池可通過(guò)程序設(shè)置。

說(shuō)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(hù)板保護(hù)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(shí)又要使成本最小化，電芯的安全優(yōu)先級(jí)高于客戶的正常使用?？蛻粽Ｊ褂脙?yōu)先級(jí)高于成本。下面以具體的案例來(lái)分析如何合理選擇保護(hù)板。以錳酸鋰為例，過(guò)充，過(guò)放值均由我司來(lái)定。案例1：有一個(gè)客戶主機(jī)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(gè)客戶主機(jī)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(gè)客戶主機(jī)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(gè)客戶主機(jī)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(hù)板資料』保護(hù)板資料A：過(guò)充4.25V延時(shí)1S過(guò)放2.4V延時(shí)150mS

過(guò)流10A延時(shí)15mS工作電流4A自耗電8uAB：過(guò)充4.35V延時(shí)1S過(guò)放2.3V延時(shí)150mS過(guò)流10A延時(shí)15mS工作電流5A自耗電8uAC：過(guò)充4.25V延時(shí)1S過(guò)放2.4V延時(shí)150mS過(guò)流10A延時(shí)40mS工作電流4A自耗電8uAD：過(guò)充4.25V延時(shí)1S過(guò)放2.3V延時(shí)150mS過(guò)流20A延時(shí)15mS工作電流4A自耗電8uAE：過(guò)充4.35V延時(shí)1S過(guò)放2.5V延時(shí)150mS過(guò)流35A延時(shí)5mS工作電流4A自耗電8uAF：過(guò)充4.25V延時(shí)1S過(guò)放2.5V延時(shí)150mS過(guò)流10A延時(shí)35mS工作電流5A自耗電8uA如何焊接PACK一、準(zhǔn)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(tái)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(zhǔn)備一硬紙盒，用于敲去烙鐵頭上的干錫；1.5、準(zhǔn)備好助焊劑、焊錫絲，助焊劑需用無(wú)鉛的中性助焊劑（如松香等）焊錫絲需用無(wú)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(shí)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(duì)烙鐵頭進(jìn)行搪錫，反復(fù)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(shí)間不用，應(yīng)將溫度調(diào)低，若長(zhǎng)時(shí)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(zhǔn)備：焊接前的準(zhǔn)備工作主要是對(duì)烙鐵頭的預(yù)處理，應(yīng)在烙鐵架的小盒內(nèi)準(zhǔn)備好高溫吸水棉（用水浸濕，保持足夠的水分），在再準(zhǔn)備一小厚紙盒