鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn)

1、鋰電池保護(hù)板知識(shí)培訓(xùn)第1頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三一、電池各種封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介保護(hù)板電芯電池框PTC銘牌負(fù)極絕緣支架1、框架系列：第2頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三電芯負(fù)極絕緣支架保護(hù)板電池框銘牌方案優(yōu)勢(shì)： 該方案適用面廣、外形靈活多樣，過(guò)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(cāng)空間；第3頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三保護(hù)板電芯上蓋PTC底殼支架2、打膠系列：第4頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三底殼打膠支架打膠保護(hù)板點(diǎn)焊貼銘牌裝配上蓋方案優(yōu)勢(shì)：、電池空間利用率高，成品尺寸較

2、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；第5頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三保護(hù)板3、低壓注塑系列：第6頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三a、低壓注塑 、打AB膠 c、包銘牌 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(guò)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(guò)程需對(duì)電芯安全閥作特別保護(hù)。第7頁(yè)，共30頁(yè)，202

3、2年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三銘牌上蓋支架底殼鋁箔電芯保護(hù)板4、X-PACK系列：第8頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三方案優(yōu)勢(shì)： 該方案適用面廣，過(guò)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；組件加工機(jī)器包鋁箔熱壓包銘牌第9頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三3、鋰電池的主要性能Battery pack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

4、導(dǎo)通壓降。第10頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三3、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Battery pack的安全性能。Battery pack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。第11頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三Battery

5、pack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0.30.6C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4.164.24，避免過(guò)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：-2060 第12頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三 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(guò)低的溫度下充電。過(guò)高的溫度下充電對(duì)電芯也是不利的。6、最高充電電壓：4.2

6、4V7、最低放電電壓：2.75V第13頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三鋰電池的使用電壓特性： 鋰電池的電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)造成嚴(yán)重的問(wèn)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：第14頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三Li-ion Battery Discharge Curve 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 = 1000

7、mANon-Linearity第15頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三二、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(guò)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(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)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(wèn)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。第16頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三二、鋰電池

8、保護(hù)電路工作原理保護(hù)板的功能保護(hù)板常見(jiàn)的功能有：過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、短路/過(guò)流保護(hù)、溫度保護(hù)、充電電流/電壓控制等功能。第17頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三保護(hù)板的主要元件主要元件主要功能IC命令的發(fā)出者，當(dāng)IC檢測(cè)到過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路時(shí)會(huì)發(fā)出命令，讓MOS關(guān)閉，從而切斷整個(gè)回路MOS命令的執(zhí)行者，當(dāng)他接收到IC的命令時(shí)，會(huì)立刻斷開(kāi)回路。其材料為半導(dǎo)體材料，因電位的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。FUSE保險(xiǎn)絲，與家用的保險(xiǎn)絲工作原理相同，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，會(huì)犧牲自己，保護(hù)整個(gè)回路。缺點(diǎn)：不可恢復(fù)。PTC一種高分子導(dǎo)體材料，當(dāng)電流、溫度過(guò)大時(shí)，其自身的電阻劇增，使得回路

9、阻塞；當(dāng)電流、溫度恢復(fù)時(shí)，其阻值會(huì)下降，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。缺點(diǎn)：內(nèi)阻大。溫控開(kāi)關(guān)原理同PTC，目的在于檢測(cè)某個(gè)元器件的溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)切斷回路，起到保護(hù)元器件的作用。運(yùn)算管理電路主要控制電池的充放電電流，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的充電方式，延長(zhǎng)電池的使用壽命，一般多用在多節(jié)電池組。第18頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三第19頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三二、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(guò)充電保護(hù)2、電池過(guò)放電保護(hù)3、電池過(guò)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)第20頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5

10、月20日，23點(diǎn)35分，星期三保護(hù)ICID電阻電芯熱敏電阻MOSFETPTC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(méi)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。第21頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三IC個(gè)引腳功能：VDD是IC電源正極，VSS是電源負(fù)極，VM是過(guò)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。第22頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三 1、過(guò)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Battery

11、pack的+端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)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Battery pack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(guò)充電電壓且達(dá)到過(guò)充電壓的延時(shí)時(shí)間，保護(hù)IC則通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)充保護(hù)電壓）。第23頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日

12、，23點(diǎn)35分，星期三 2、過(guò)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(guò)放電電壓且達(dá)到過(guò)放電壓的延時(shí)時(shí)間，保護(hù)IC則通過(guò)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(guò)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)VDDVSS間的電壓達(dá)到過(guò)放恢復(fù)電壓值時(shí)，N1的DO端會(huì)送出高電平重新開(kāi)通Q1。第24頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23

13、點(diǎn)35分，星期三 3 、過(guò)電流保護(hù)原理過(guò)電流保護(hù)指的是過(guò)放電流的保護(hù)，通常的保護(hù)IC至少有兩重過(guò)電流保護(hù)，過(guò)電流1及短路保護(hù)，保護(hù)IC檢測(cè)的是VSSVM端的電壓值，當(dāng)電壓值達(dá)到過(guò)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(kāi)關(guān)閉Q1,使得放電回路切斷。過(guò)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。第25頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三 過(guò)電流1的電壓值一般是之間，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0.9V2V，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(guò)電流流經(jīng)MOSFET Q1,Q

14、2后在上面得到的導(dǎo)通壓降。所以過(guò)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(guò)電流1的值為0.15v的保護(hù)IC，那過(guò)電流1的保護(hù)電流應(yīng)為：0.15v/0.02*2=3.75A。第26頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三以下列舉一個(gè)精工的保護(hù)IC參數(shù)：（如S-8261ABRMD)主要保護(hù)參數(shù)：1、過(guò)充電保護(hù)電壓：4.275V2、過(guò)充電保護(hù)恢復(fù)電壓：4.075V3、過(guò)放電保護(hù)電壓：2.5V4、過(guò)放電保護(hù)恢復(fù)電壓：2.9V5、過(guò)電流1檢測(cè)電壓保護(hù)值：0.15V6、短路保護(hù)電

15、壓：1.2V*建議不采用過(guò)充電保護(hù)電壓超過(guò)4.325V的保護(hù)值。過(guò)高的電壓安全性不好。第27頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)35分，星期三4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，F(xiàn)USE則起到了至關(guān)重要的作用，在電池短路或者是過(guò)流情況下，F(xiàn)USE挺身而出，靠熔斷自己來(lái)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(wú)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(guò)早的切斷回路。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)阻、體積小 缺點(diǎn)：無(wú)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(guò)大、溫度過(guò)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第28頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5