保護板原理及測試技術1鋰離子電池特性

由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程中，其內部進行電能與化學能相互轉化的化學正反應，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部發生化學副反應，該副反應加劇后會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產生大量氣體，使電池內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池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態進行有效監測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發生損害。

2保護板的功能

目前鋰電池發展至今種類很多，主要以電芯的串并聯方式來設計保護板的功能，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。為了更好的發揮二次鋰離子電芯的優勢，保護板的功能變得非常重要。4保護板的工作原理單節保護板電氣原理圖：4-1過充電保護

鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4.2V（根據正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V）,轉為恒壓充電，直至電流越來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續恒流充電，此時電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超過4.3V時，電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現安全問題。

在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“CO”腳將由高電壓轉變為零電壓，使V2由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發出關斷V2信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。4-2過放電保護

電池在對外部負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續對負載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過程中，當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓，使V1由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發出關斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。4-4短路保護電池在對負載放電過程中，若回路電流大到使U>0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉變為零電壓，使V1由導通轉為關斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣。4-5其他保護功能FUSE：當保護板的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，從而報廢了整個電池，只有重新更換新的保護板。另外，如果設計失誤，很可能造成FUSE比IC提前動作，過早的切斷回路。優點：內阻、體積小缺點：無法自恢復；熔斷時間控制難PTC：PTC的主要特性就是可以自恢復，當回路電流過大、溫度過高，其阻值劇增，甚至絕緣。當這些異常因素撤銷的時候，自身會自動恢復，將阻值減小，恢復到正常工作狀態。優點：可自行恢復，減少返修缺點：內阻、體積大溫度保護：原理同PTC5保護板的檢測保護板是電池的核心組成部分，故對保護板的檢測要求是非常嚴格的，隨著電芯的數量、保護板的功能的不同，檢測的項目也不同。具體檢測方法參見《單節鋰電池保護板檢測標準》D.TC.S.0002及《兩串保護板檢測通用方法》。在檢測保護板之前，應了解該板的技術規格、要求以及配套電芯方可進行測試，避免操作失誤帶來的錯誤判定。小結隨著科技的發展，手機的體積越做越小，而隨著這種趨勢，對鋰離子電池的保護電路體積的要求也越來越小，在這兩年已出現了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護IC的產品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的廠家甚至將整個保護電路封裝成一顆小尺寸的IC，如M