鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn)PPT課件.ppt

鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn) 07 02 2020 1 一 電池各種封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 07 02 2020 2 方案優(yōu)勢(shì) 該方案適用面廣 外形靈活多樣 過程工藝相對(duì)簡(jiǎn)單 方案不足 不能最大限度的利用電池倉空間 07 02 2020 3 2 打膠系列 07 02 2020 4 方案優(yōu)勢(shì) 電池空間利用率高 成品尺寸較小 方案不足 A 因該方案公差易產(chǎn)生一定累積 而國(guó)產(chǎn)電芯尺寸的公差遠(yuǎn)大于進(jìn)口電芯 該方案一般不適用使用國(guó)產(chǎn)電芯方案 07 02 2020 5 3 低壓注塑系列 07 02 2020 6 方案優(yōu)勢(shì) 采用AB膠可保證下支架與電芯粘接的強(qiáng)度 采用低壓注塑 可有效解決電芯等原材料公差 組裝過程的累積誤差對(duì)成品尺寸的影響 保證了成品尺寸精度 方案不足 A Connector一般使用金手指 B 因進(jìn)口電芯防爆閥一般在電芯前端 注塑過程需對(duì)電芯安全閥作特別保護(hù) 07 02 2020 7 4 X PACK系列 07 02 2020 8 方案優(yōu)勢(shì) 該方案適用面廣 過程工藝自動(dòng)化程度高 適用范圍 適用與使用容量體積比相對(duì)較高的大容量聚合物電芯 07 02 2020 9 3 鋰電池的主要性能 Batterypack指標(biāo) 1 電池的容量 使用者最容易感受到的一個(gè)指標(biāo) 如待機(jī)時(shí)間 通話時(shí)間 2 電池的內(nèi)阻 內(nèi)阻主要是由電芯 MOSFET PTC或FUSE 鎳帶及導(dǎo)線組成 它反應(yīng)的是動(dòng)態(tài)電流在相關(guān)內(nèi)阻中的形成的導(dǎo)通壓降 07 02 2020 10 3 電池的荷電保持能力 指電池自身放電的大小 自放電由兩部份組成 A 電芯的自放電 B 保護(hù)板 主要是保護(hù)IC 的自放電 4 電池的循環(huán)壽命 反映的是電芯的充放電循環(huán)次數(shù) 好的電芯的循環(huán)次數(shù)應(yīng)該要大于400次 5 電池的安全性 是Batterypack的安全性能 Batterypack的安全性要從電芯 工藝設(shè)計(jì)和保護(hù)控制設(shè)計(jì)等幾方面考慮 6 電池的功能性 除了pack必須的幾個(gè)功能外 有的帶電壓調(diào)整 存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 帶充電電路 振動(dòng)等 07 02 2020 11 Batterypack參數(shù) 1 充電方式 CC CV通常是先恒流 后恒壓 所以在選用充電器時(shí)應(yīng)特別注意 采用座式充電器對(duì)電池進(jìn)行充電推薦采用0 3 0 6C電流進(jìn)行CC充電 保證了電池安全和控制電池的充電總時(shí)間 CV恒壓值定在4 16 4 24 避免過充電對(duì)電池造成損傷 2 最大放電電流 1C3 最大充電電流 1C4 放電溫度范圍 20 60 07 02 2020 12 5 充電溫度范圍 0 45 電芯通常在低于0 時(shí) 內(nèi)部的活性成分很弱 內(nèi)阻相對(duì)會(huì)變的比較大 充電的效果是很差 因此不建議放在過低的溫度下充電 過高的溫度下充電對(duì)電芯也是不利的 6 最高充電電壓 4 24V7 最低放電電壓 2 75V 07 02 2020 13 鋰電池的使用電壓特性 鋰電池的電壓過高或過低都會(huì)造成嚴(yán)重的問題 根據(jù)實(shí)際使用情況 劃分幾個(gè)區(qū)域 不同的電芯制造商雖然有所區(qū)別但區(qū)別不大 07 02 2020 14 Li ionBatteryDischargeCurve 放電曲線中 放電時(shí)間與放電電壓并不是成線性關(guān)系 放電中3 5v 4 0v在整個(gè)放電曲線中是占用時(shí)間最長(zhǎng)的 小于3 5v后放電的曲線就很陡了 C Rate Capacity 1ChExample Capacity 1000mAh 1C 1000mA Non Linearity 07 02 2020 15 二 鋰電池保護(hù)電路工作原理 由于鋰離子電池的化學(xué)特性 在正常使用過程中 其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng) 但在某些條件下 如對(duì)其過充電 過放電和過電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng) 該副反應(yīng)加劇后會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命 并可能產(chǎn)生大量氣體 使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題 因此所有的鋰離子電池都需要一個(gè)保護(hù)電路 用于對(duì)電池的充 放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè) 并在某些條件下關(guān)斷充 放電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害 07 02 2020 16 2020 2 7 17 二 鋰電池保護(hù)電路工作原理 保護(hù)板的功能保護(hù)板常見的功能有 過充電保護(hù) 過放電保護(hù) 短路 過流保護(hù) 溫度保護(hù) 充電電流 電壓控制等功能 07 02 2020 18 保護(hù)板的主要元件 07 02 2020 19 07 02 2020 20 二 鋰電池保護(hù)電路工作原理 鋰電池保護(hù)的主要項(xiàng)目 1 電池過充電保護(hù)2 電池過放電保護(hù)3 電池過電流保護(hù)與短路保護(hù)4 一級(jí)保護(hù)IC失效后的二級(jí)PTC或FUSE保護(hù) 07 02 2020 21 保護(hù)IC ID電阻 電芯 熱敏電阻 MOSFET PTC或FUSE 上圖是典型的鋰離子保護(hù)電路的原理圖 在有些電池中TH及ID是沒有的 PTC及FUSE是可選的 主要根據(jù)客戶的要求選用 其它的器件都是必須的 07 02 2020 22 IC個(gè)引腳功能 VDD是IC電源正極 VSS是電源負(fù)極 VM是過流 短路檢測(cè)端 Do是放電保護(hù)執(zhí)行端 Co是充電保護(hù)執(zhí)行端 07 02 2020 23 1 過充電壓保護(hù)原理 在通常狀態(tài)MOSFET中的Q1 Q2是導(dǎo)通的 從圖中可看到Charger的電流從Batterypack的 端進(jìn)入 經(jīng)過FUSE到電芯的正級(jí)然后從電芯的負(fù)級(jí)端輸出 流經(jīng)MOSFET的Q1 Q2 最后從Batterypack的 端輸出 在充電中 保護(hù)IC N1 時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)第5腳 VDD 與第6腳 VSS 之間的端電壓 端電壓的值如果大等于過充電電壓且達(dá)到過充電壓的延時(shí)時(shí)間 保護(hù)IC則通過第3腳關(guān)閉Q2 所以當(dāng)Q2被關(guān)閉后 雖然Q2有個(gè)體二極管 對(duì)于當(dāng)前的電流流向是反向的 整個(gè)充電回路被切斷 這時(shí)只能放電 過充解除條件是 滿足條件之一 a 電芯兩端的電壓下降到保護(hù)IC的過充恢復(fù)電壓 b 在pack的輸出端加負(fù)載放電 放電到電壓小于過充保護(hù)電壓 07 02 2020 24 2 過放電壓保護(hù)原理 在正常狀態(tài)下N2的Q1 Q2是導(dǎo)通的 當(dāng)在電池的輸出端加負(fù)載時(shí) 電流的流相正好與充電的流相是相反的 保護(hù)IC N1 時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)第5腳 VDD 與第6腳 VSS 之間的端電壓 端電壓的值如果小等于過放電電壓且達(dá)到過放電壓的延時(shí)時(shí)間 保護(hù)IC則通過第1腳關(guān)閉Q1 所以當(dāng)Q1被關(guān)閉后 雖然Q1有個(gè)體二極管 對(duì)于當(dāng)前的電流流向是反向的 整個(gè)放電回路被切斷 這時(shí)只能充電 過放電解除方法是 去除負(fù)載 在pack的正負(fù)端加正相充電電壓 當(dāng)VDD VSS間的電壓達(dá)到過放恢復(fù)電壓值時(shí) N1的DO端會(huì)送出高電平重新開通Q1 07 02 2020 25 3 過電流保護(hù)原理 過電流保護(hù)指的是過放電流的保護(hù) 通常的保護(hù)IC至少有兩重過電流保護(hù) 過電流1及短路保護(hù) 保護(hù)IC檢測(cè)的是VSS VM端的電壓值 當(dāng)電壓值達(dá)到過電流1或短路保護(hù)的閥值且達(dá)到相對(duì)的延時(shí)時(shí)間時(shí) 保護(hù)IC將DO端斷開關(guān)閉Q1 使得放電回路切斷 過電流解除的條件是pack的輸出端的負(fù)載去除 保護(hù)IC會(huì)自動(dòng)將DO腳置為高電平導(dǎo)通Q1 07 02 2020 26 過電流1的電壓值一般是0 1V 0 3V之間 根據(jù)不同的保護(hù)IC有不同的值 短路檢測(cè)的電壓值通常是0 9V 2V 這也是根據(jù)保護(hù)IC的不同而不同 這個(gè)電壓值是指通過電流流經(jīng)MOSFETQ1 Q2后在上面得到的導(dǎo)通壓降 所以過電流保護(hù)的大小與選用的MOSFET的導(dǎo)通電阻是有密切關(guān)系的 MOSFET的導(dǎo)通電阻越大反映出的保護(hù)電流值就越小 如 內(nèi)阻為20m 的MOSFET 選用的過電流1的值為0 15v的保護(hù)IC 那過電流1的保護(hù)電流應(yīng)為 0 15v 0 02 2 3 75A 07 02 2020 27 以下列舉一個(gè)精工的保護(hù)IC參數(shù) 如S 8261ABRMD 主要保護(hù)參數(shù) 1 過充電保護(hù)電壓 4 275V2 過充電保護(hù)恢復(fù)電壓 4 075V3 過放電保護(hù)電壓 2 5V4 過放電保護(hù)恢復(fù)電壓 2 9V5 過電流1檢測(cè)電壓保護(hù)值 0 15V6 短路保護(hù)電壓 1 2V 建議不采用過充電保護(hù)電壓超過4 325V的保護(hù)值 過高的電壓安全性不好 07 02 2020 28 4其他保護(hù)功能 FUSE 當(dāng)保護(hù)板的IC MOS由于靜電或是其他因素而失效 FUSE則起到了至關(guān)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(gè)回路 徹底進(jìn)行保護(hù) 但由于進(jìn)行得太徹底 無法進(jìn)行自恢復(fù) 從而報(bào)廢了整個(gè)電池 只有重新更換新的保護(hù)板 另外 如果設(shè)計(jì)失誤 很可能造成FUSE比IC提前動(dòng)作 過早的切斷回路 優(yōu)點(diǎn) 內(nèi)阻 體積小缺點(diǎn) 無法自恢復(fù) 熔斷時(shí)間控制難PTC PTC的主要特性就是可以自恢復(fù) 當(dāng)回路電流過大 溫度過高 其阻值劇增 甚至絕緣 當(dāng)這些異常因素撤銷的時(shí)候 自身會(huì)自動(dòng)恢復(fù) 將阻值減小 恢復(fù)到正常工作狀態(tài) 優(yōu)點(diǎn) 可自行恢復(fù) 減少返修缺點(diǎn) 內(nèi)阻 體積大溫度保護(hù) 原理同PTC 07 02 2020 29 NTC T端口 的作用 當(dāng)電