鋰電保護(hù)原理簡述ppt課件

1、鋰電保護(hù)原理簡述鋰離子電池的鋰離子電池的“前世今生前世今生”m鋰是鋰電池的核心，是最輕的金屬元素，比重是鋁的五分之一m早期的鋰離子電池因為活性難掌握，所以充電時的枝晶效應(yīng)會使電芯內(nèi)部短路m現(xiàn)在的鋰離子電池是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜組成m鋰離子的未來是在發(fā)展新的正負(fù)極材料負(fù)極枝晶效應(yīng)負(fù)極枝晶效應(yīng)m充電過程中Li+從正極LiCoO2 中脫出，進(jìn)入電解液，在充電器的外電場的作用下向負(fù)極移動依次進(jìn)入石墨組成的負(fù)極，并形成LiC化合物，如果充電速度過快，使Li+來不及進(jìn)入負(fù)極柵格，在負(fù)極附近的電解液中就會聚集Li+，這些靠近碳C負(fù)極的Li+很可能從負(fù)極俘獲一個電子成為金屬鋰，持續(xù)堆積后形成樹狀晶體，俗

2、稱枝晶。m另外一種是隨著負(fù)極充滿電的程度越高，LiC晶格空間越少，從正極移動過來的LI+找到空格的機(jī)會就越少，如果充電速度不變的話，一樣會堆積Li+,因此在充電后半段要減小電流。m枝晶長大會刺破隔膜，使電芯內(nèi)部形成正負(fù)極短路，所以說充電速度越快越危險，充電終止電壓越高越危險，充電時間越長也越危險負(fù)極枝晶效應(yīng)負(fù)極枝晶效應(yīng)鋰電池的使用鋰電池的使用m根據(jù)上述所分析，鋰電池的電壓過高或過低都會造成嚴(yán)重問題，根據(jù)實際使用情況大致給鋰電池分了幾個使用區(qū)間如下：m超越4.2754.35V為高壓危險區(qū)m4.2V4.275V為高壓警戒區(qū)m4.2V（2.53.0V為正常使用區(qū)m2.3V（2.53.0V為低壓警戒區(qū)

3、m2.3V以下為低壓危險區(qū)保護(hù)板的保護(hù)原理一保護(hù)板的保護(hù)原理一1、單節(jié)保護(hù)板原理圖鋰電池的保護(hù)原理二鋰電池的保護(hù)原理二m該保護(hù)回路由兩個MOSFET (Q1包含兩個MOSFET)和一個控制ICIC1外加一些阻容元件構(gòu)成。控制IC負(fù)責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流，并控制兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關(guān)作用，分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷，單節(jié)保護(hù)IC早期的延時電容外置在保護(hù)IC外圍電路，現(xiàn)在延時部分均內(nèi)置在保護(hù)IC的內(nèi)部，該電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下 鋰電池的保護(hù)原理三鋰電池的保護(hù)原理三m1、正常狀態(tài) 在正常狀態(tài)下電路中IC

4、1的“CO”（第3腳與“DO”（第1腳腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為A級，通常小于7A 鋰電池的保護(hù)原理四鋰電池的保護(hù)原理四m2、過充電保護(hù) 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(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)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(xù)恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)上升，當(dāng)電

5、池電壓被充電至超過4.3V時，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。 鋰電池的保護(hù)原理五鋰電池的保護(hù)原理五m在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達(dá)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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)作用。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外部負(fù)載進(jìn)行放電。 在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間，還有一段延時時間，我們稱為過充保護(hù)延時，時間由IC內(nèi)部或外部延時電容決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免

6、因干擾而造成誤判斷。 鋰電池的保護(hù)原理六鋰電池的保護(hù)原理六m3、過放電保護(hù) 電池在對外部負(fù)載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)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(xù)對負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。 在電池放電過程中，當(dāng)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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對電池進(jìn)行充電。 鋰電池的保護(hù)原理七鋰電池的保護(hù)原理七m由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下

7、電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時控制IC會進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個保護(hù)電路耗電會小于0.1A。 在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由IC或外部延時電容決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 鋰電池的保護(hù)原理八鋰電池的保護(hù)原理八m4、過電流保護(hù) 由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2CC=電池容量/小時），當(dāng)電池超過2C電流放電時，常規(guī)電池將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。 電池在對負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時，由于MOSFET的導(dǎo)通

8、阻抗，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進(jìn)行檢測，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U0.15V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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護(hù)作用。 鋰電池保護(hù)原理九鋰電池保護(hù)原理九m在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由IC內(nèi)部或外部延時電容決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。m注：礦業(yè)用電池要小于10毫秒，因為接觸

9、時大電流產(chǎn)生的火花能致使瓦斯爆炸！ 在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時，對同樣的控制IC，其過電流保護(hù)值越小。 鋰電池的保護(hù)原理十鋰電池的保護(hù)原理十m5、短路保護(hù) 電池在對負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U0.9V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(fù)載短路，其“DO腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)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(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時時間也不一樣。 鋰電池的保護(hù)原理

10、十一鋰電池的保護(hù)原理十一m除了控制IC外，電路中還有一個重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時其消耗的電能也少。 鋰電池保護(hù)原理鋰電池保護(hù)原理PTCPTC的作用的作用m6、關(guān)于PTC,其實PTC作為電池的第一個安全機(jī)構(gòu)，當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時，PTC的阻值隨之上升，因而當(dāng)電池內(nèi)部的溫度過高時，會自動切斷陰極引線與陰極之間的電路。因為NI-MH電池一般在放電期間較為容易產(chǎn)生溫度過高現(xiàn)象，所以NI-MH電池一定要用PTC來做保護(hù)，

11、否則會引起其他危險情況！而現(xiàn)在我們所用的LI電池1C以下電流溫度上升比較小，基本上不用PTC，但是有些高端客戶會增加PTC，來增大電池的安全系數(shù)！鋰電池保護(hù)原理中鋰電池保護(hù)原理中NTCNTC的作用的作用m7、關(guān)于NTC，一般是配合充電器和用電設(shè)備，在檢測電池溫度過高是來關(guān)斷回路！使整個回路不在工作。一般來講充電時電池會較為容易產(chǎn)生溫度升高，特別是大一點的電池，充電電流較大，還有加裝加裝外殼或其他腔體內(nèi)部，容易積累熱量，那么NTC就顯的極為重要！電池組裝中的串并聯(lián)概念電池組裝中的串并聯(lián)概念1、串聯(lián)的概念即是電壓的累計，容量保持單體容量。例如單體電芯為PL383450 3.7V/1000mAh 那

12、么四節(jié)電芯串聯(lián)電壓表現(xiàn)出來就是43.7V14.8V，而容量則保持不變?yōu)?000mAh 整個電池表現(xiàn)為1000mAh/14.8V2、并聯(lián)的概念是容量的累計，而電壓保持單體的電壓例如單體電芯為PL383450 3.7V/1000mAh 那么4節(jié)電芯并聯(lián)起來表現(xiàn)出來的就是容量為4000mAh,電壓表現(xiàn)出來的就是3.7V。整個電池表現(xiàn)為4000mAh/3.7V串聯(lián)連接時只能是按順序連接，了解轉(zhuǎn)接串聯(lián)連接時只能是按順序連接，了解轉(zhuǎn)接板或線路板上的相對電位點，不能混接造板或線路板上的相對電位點，不能混接造成有相對壓差的點相連從而造成相互之間成有相對壓差的點相連從而造成相互之間短路。短路。組裝過程中電芯間的短路注意事項組裝過程中電芯間的短路注意事項多串聯(lián)保護(hù)電路原理多串聯(lián)保護(hù)電路原理m1腳為過充電壓控制腳m2、4、6、12、14、19為空腳，沒有定義。m3腳為過流保護(hù)控制腳m5腳為放電保護(hù)控制腳m7為放電延時時間調(diào)解控制腳，通過調(diào)解外部電容來調(diào)解時間m8腳過流保護(hù)延時時間設(shè)定控制腳。通過調(diào)解外部電容來調(diào)解時間