锂电池百科/锂离子电池保护板工作原理及其构成

锂离子电池保护板工作原理及其构成

单节锂电池保护板结构图

锂在元素周期表上第3位，外层电子1个，容易失去形成稳定结构，所以是非常活泼的一种金属。而锂离子电池具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等被人们广泛使用，锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电、短路，否则将会使电池起火、爆炸等致命缺点，所以在使用可充锂电池时，都会带有一个保护板来保护电芯的安全。

    保护板有两个核心部件：一个保护IC，它是由精确的比较器来获得可靠的保护参数；另外是MOSFET串，在主充放电回路中担当高速开关，执行保护动作。

电路原理如下图：

说明：

1、保护IC个引脚功能：VDD是IC电源正极，VSS是电源负极，V-是过流/短路检测端，Dout是放电保护执行端，Cout是充电保护执行端。

2、保护板端口说明：B+、B-分别是接电芯正极、负极；P+、P-分别是保护板输出的正极、负极；T为温度电阻（NTC）端口，一般需要与用电器的MCU配合产生保护动作，后面会介绍，这个端口有时也标为ID，意即身份识别端口，这时，图上的R3一般为固定阻值的电阻，让用电器的CPU辨别是否为指定的电池。

保护板工作过程：

1、激活保护板的方法：当保护板P+、P-没有输出处于保护状态，可以短路B-、P-来激

活保护板，这时，Dout、Cout均会处于低电平（保护IC此两端口是高电平保护，低电平状

态）状态打开两个MOS开关。

2、充电：P+、P-分别接充电器的正负极，充电电流经过两个MOS对电芯进行充电。这

时，IC的VDD、VSS既是电源端，也是电芯电压检测端（经R1）。随着充电的进行，电芯电压逐渐升高，当升高到保护IC门限电压（一般是4.30V，通常称为过充保护电压）时，Cout随即输出高电平将对应那个MOS关断，充电回路也被断开。过充保护后，电芯电压会下降，当下降到IC门限电压（一般为4.10V，通常称为过充保护恢复电压）时，Cout恢复低电平状态打开MOS开关。

3、放电：同样，在电池放电时，IC的VDD、VSS也会对电芯电压检测，当电芯电

压下降到IC门限电压（一般是2.40V，通常称为过放保护电压）时，Dout随即输出高电平将对应那个MOS关断，放电回路被断开。过放保护后，电芯电压会上升，当上升到IC门限电压（一般为3.00V，通常称为过放保护恢复电压）时，Dout恢复低电平状态打开MOS开关。

4、过流、短路：当放电过程中主回路电流大时（具体多少要参考保护板设计参数）

由于MOS饱和导通也存在内阻，所以电流在流经B-、P-之间时MOS两端会产生压降，保护IC的V-和VSS（经过R2）会随时检测MOS两端的电压，当电压上升到IC保护门限（一般为0.15V，称为放电过流检测电压）时，Dout马上输出高电平将对应那个MOS关断，放电回路被断开。看到这里，大概有同学已经悟出，如果选用导通内阻低的MOS或者放电过流检测电压高的IC，是不是可以获得大的输出电流？答案是肯定的，但是也要考虑选用的MOS的功率和电芯的容量！

5、NTC（T端口）的作用：当电池工作时，没有发生过充、过放或过流、短路等情况，而是由于工作时间太长，导致电芯温度上升（比如平常我们在用手机煲电话粥）很快。而NTC电阻紧贴电芯监测电芯温度，随着温度上升NTC阻值逐渐下降，用电器CPU发现了这个变化，当阻值下降到CPU设定值时，CPU即发出关机指令，让电池停止对其供电，只维持很小的待机电流，达到保护电池的目的。