锂电池保护板知识培训

锂电池保护板知识培训第1页，共30页，2023年，2月20日，星期四一、电池各种封装结构简介保护板电芯电池框PTC铭牌负极绝缘支架1、框架系列：第2页，共30页，2023年，2月20日，星期四电芯负极绝缘支架保护板电池框铭牌方案优势：该方案适用面广、外形灵活多样，过程工艺相对简单；方案不足：不能最大限度的利用电池仓空间；第3页，共30页，2023年，2月20日，星期四保护板电芯上盖PTC底壳支架2、打胶系列：第4页，共30页，2023年，2月20日，星期四底壳打胶支架打胶保护板点焊贴铭牌装配上盖方案优势：Ａ、电池空间利用率高，成品尺寸较小；方案不足：A、因该方案公差易产生一定累积；而国产电芯尺寸的公差远大于进口电芯，该方案一般不适用使用国产电芯方案；第5页，共30页，2023年，2月20日，星期四保护板3、低压注塑系列：第6页，共30页，2023年，2月20日，星期四a、低压注塑

ｂ、打AB胶

c、包铭牌

方案优势：Ａ、采用AB胶可保证下支架与电芯粘接的强度;Ｂ、采用低压注塑，可有效解决电芯等原材料公差、组装过程的累积误差对成品尺寸的影响，保证了成品尺寸精度。方案不足：A、Connector一般使用金手指；B、因进口电芯防爆阀一般在电芯前端，注塑过程需对电芯安全阀作特别保护。第7页，共30页，2023年，2月20日，星期四铭牌上盖支架底壳铝箔电芯保护板4、X-PACK系列：第8页，共30页，2023年，2月20日，星期四方案优势：该方案适用面广，过程工艺自动化程度高；适用范围：适用与使用容量体积比相对较高的大容量聚合物电芯；组件加工机器包铝箔热压包铭牌第9页，共30页，2023年，2月20日，星期四3、锂电池的主要性能Batterypack指标：1、电池的容量：使用者最容易感受到的一个指标，如待机时间、通话时间。2、电池的内阻：内阻主要是由电芯、MOSFET、PTC或FUSE、镍带及导线组成。它反应的是动态电流在相关内阻中的形成的导通压降。第10页，共30页，2023年，2月20日，星期四3、电池的荷电保持能力：指电池自身放电的大小，自放电由两部份组成：A.电芯的自放电。B.保护板（主要是保护IC）的自放电。4、电池的循环寿命：反映的是电芯的充放电循环次数，好的电芯的循环次数应该要大于400次。5、电池的安全性：

是Batterypack的安全性能。Batterypack的安全性要从电芯、工艺设计和保护控制设计等几方面考虑。6、电池的功能性：除了pack必须的几个功能外，有的带电压调整、存储数据、带充电电路、振动等。第11页，共30页，2023年，2月20日，星期四Batterypack参数：1、充电方式：CC/CV

通常是先恒流，后恒压。所以在选用充电器时应特别注意。采用座式充电器对电池进行充电推荐采用0.3～0.6C电流进行CC充电(保证了电池安全和控制电池的充电总时间)，CV恒压值定在4.16～4.24，避免过充电对电池造成损伤；2、最大放电电流：1C3、最大充电电流：1C4、放电温度范围：-20℃～60℃第12页，共30页，2023年，2月20日，星期四

5、充电温度范围：0℃～45℃

电芯通常在低于0℃时，内部的活性成分很弱，内阻相对会变的比较大。充电的效果是很差，因此不建议放在过低的温度下充电。过高的温度下充电对电芯也是不利的。6、最高充电电压：4.24V7、最低放电电压：2.75V第13页，共30页，2023年，2月20日，星期四锂电池的使用电压特性：

锂电池的电压过高或过低都会造成严重的问题，根据实际使用情况，划分几个区域，不同的电芯制造商虽然有所区别但区别不大：第14页，共30页，2023年，2月20日，星期四Li-ionBatteryDischargeCurve

放电曲线中，放电时间与放电电压并不是成线性关系，放电中3.5v-4.0v在整个放电曲线中是占用时间最长的。小于3.5v后放电的曲线就很陡了。C-Rate:Capacity=1ChExample:Capacity=1000mAh1C=1000mANon-Linearity第15页，共30页，2023年，2月20日，星期四二、锂电池保护电路工作原理

由于锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应，该副反应加剧后会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。第16页，共30页，2023年，2月20日，星期四二、锂电池保护电路工作原理保护板的功能保护板常见的功能有：过充电保护、过放电保护、短路/过流保护、温度保护、充电电流/电压控制等功能。第17页，共30页，2023年，2月20日，星期四保护板的主要元件主要元件主要功能IC命令的发出者，当IC检测到过充、过放、过流、短路时会发出命令，让MOS关闭，从而切断整个回路MOS命令的执行者，当他接收到IC的命令时，会立刻断开回路。其材料为半导体材料，因电位的改变其内部结构发生变化。FUSE保险丝，与家用的保险丝工作原理相同，当电流过大时，会牺牲自己，保护整个回路。缺点：不可恢复。PTC一种高分子导体材料，当电流、温度过大时，其自身的电阻剧增，使得回路阻塞；当电流、温度恢复时，其阻值会下降，恢复正常工作状态。缺点：内阻大。温控开关原理同PTC，目的在于检测某个元器件的温度，当温度过高时，会切断回路，起到保护元器件的作用。运算管理电路主要控制电池的充放电电流，可以实现优化的充电方式，延长电池的使用寿命，一般多用在多节电池组。第18页，共30页，2023年，2月20日，星期四第19页，共30页，2023年，2月20日，星期四二、锂电池保护电路工作原理锂电池保护的主要项目：1、电池过充电保护2、电池过放电保护3、电池过电流保护与短路保护4、一级保护IC失效后的二级PTC或FUSE保护第20页，共30页，2023年，2月20日，星期四保护ICID电阻电芯热敏电阻MOSFETPTC或FUSE*上图是典型的锂离子保护电路的原理图，在有些电池中TH及ID是没有的，PTC及FUSE是可选的，主要根据客户的要求选用。其它的器件都是必须的。第21页，共30页，2023年，2月20日，星期四IC个引脚功能：VDD是IC电源正极，VSS是电源负极，VM是过流/短路检测端，Do是放电保护执行端，Co是充电保护执行端。第22页，共30页，2023年，2月20日，星期四☆1、过充电压保护原理§在通常状态MOSFET中的Q1、Q2是导通的。从图中可看到Charger的电流从Batterypack的+端进入，经过FUSE到电芯的正级然后从电芯的负级端输出，流经MOSFET的Q1、Q2,最后从Batterypack的-端输出。在充电中，保护IC（N1)时时监测第5脚（VDD）与第6脚（VSS）之间的端电压，端电压的值如果大等于过充电电压且达到过充电压的延时时间，保护IC则通过第3脚关闭Q2，所以当Q2被关闭后，虽然Q2有个体二极管，对于当前的电流流向是反向的，整个充电回路被切断，这时只能放电。过充解除条件是（满足条件之一）：a.电芯两端的电压下降到保护IC的过充恢复电压。b.在pack的输出端加负载放电（放电到电压小于过充保护电压）。第23页，共30页，2023年，2月20日，星期四☆2、过放电压保护原理§在正常状态下N2的Q1、Q2是导通的。当在电池的输出端加负载时，电流的流相正好与充电的流相是相反的。保护IC（N1)时时监测第5脚（VDD）与第6脚（VSS）之间的端电压，端电压的值如果小等于过放电电压且达到过放电压的延时时间，保护IC则通过第1脚关闭Q1，所以当Q1被关闭后，虽然Q1有个体二极管，对于当前的电流流向是反向的，整个放电回路被切断，这时只能充电。过放电解除方法是：去除负载，在pack的正负端加正相充电电压，当VDD—VSS间的电压达到过放恢复电压值时，N1的DO端会送出高电平重新开通Q1。第24页，共30页，2023年，2月20日，星期四☆3、过电流保护原理§过电流保护指的是过放电流的保护，通常的保护IC至少有两重过电流保护，过电流1及短路保护，保护IC检测的是VSS—VM端的电压值，当电压值达到过电流1或短路保护的阀值且达到相对的延时时间时，保护IC将DO端断开关闭Q1,使得放电回路切断。过电流解除的条件是pack的输出端的负载去除，保护IC会自动将DO脚置为高电平导通Q1。第25页，共30页，2023年，2月20日，星期四

过电流1的电压值一般是0.1V-0.3V之间，根据不同的保护IC有不同的值，短路检测的电压值通常是0.9V—2V，这也是根据保护IC的不同而不同。这个电压值是指通过电流流经MOSFETQ1,Q2后在上面得到的导通压降。所以过电流保护的大小与选用的MOSFET的导通电阻是有密切关系的。MOSFET的导通电阻越大反映出的保护电流值就越小。如：内阻为20mΩ的MOSFET，选用的过电流1的值为0.15v的保护IC，那过电流1的保护电流应为：0.15v/0.02Ω*2=3.75A。第26页，共30页，2023年，2月20日，星期四以下列举一个精工的保护IC参数：（如S-8261ABRMD)主要保护参数：1、过充电保护电压：4.275V2、过充电保护恢复电压：4.075V3、过放电保护电压：2.5V4、过放电保护恢复电压：2.9V5、过电流1检测电压保护值：0.15V6、短路保护电压：1.2V*建议不采用过充电保护电压超过4.325V的保护值。过高的电压安全性不好。第27页，共30页，2023年，2月20日，星期四4其他保护功能FUSE：当保护板的IC、MOS由于静电或是其他因素而失效，FUSE则起到了至关重要的作用，在电池短路或者是过流情况下，FUSE挺身而出，靠熔断自己来切断整个回路，彻底进行保护，但由于进行得太彻底，无法进行自恢复，从而报废了整个电池，只有重新更换新的保护板。另外，如果设计失误，很可能造成FUSE比IC提前动作，过早的切断回路。优点：内阻、体积小缺点：无法自恢复；熔断时间控制难PTC：PTC的主要特性就是可以自恢复，当回路电流过大、温度过高，其阻值剧增，甚至绝缘。当这些异常因素撤销的时候，自身会自动恢复，将阻值减小，恢复到正常工作状态。优点：可自行恢复，减少返修缺点：内阻、体积大温度