鋰離子電池保護板工作原理及其構成

單節鋰電池保護板結構圖

鋰在元素周期表上第3位，外層電子1個，容易失去形成穩定結構，所以是非?；顫姷囊环N金屬。而鋰離子電池具有放電電流大、內阻低、壽命長、無記憶效應等被人們廣泛使用，鋰離子電池在使用中嚴禁過充電、過放電、短路，否則將會使電池起火、爆炸等致命缺點，所以在使用可充鋰電池時，都會帶有一個保護板來保護電芯的安全。

    保護板有兩個核心部件：一個保護IC，它是由精確的比較器來獲得可靠的保護參數；另外是MOSFET串，在主充放電回路中擔當高速開關，執行保護動作。

電路原理如下圖：

說明：

1、保護IC個引腳功能：VDD是IC電源正極，VSS是電源負極，V-是過流/短路檢測端，Dout是放電保護執行端，Cout是充電保護執行端。

2、保護板端口說明：B+、B-分別是接電芯正極、負極；P+、P-分別是保護板輸出的正極、負極；T為溫度電阻（NTC）端口，一般需要與用電器的MCU配合產生保護動作，后面會介紹，這個端口有時也標為ID，意即身份識別端口，這時，圖上的R3一般為固定阻值的電阻，讓用電器的CPU辨別是否為指定的電池。

保護板工作過程：

1、激活保護板的方法：當保護板P+、P-沒有輸出處于保護狀態，可以短路B-、P-來激

活保護板，這時，Dout、Cout均會處于低電平（保護IC此兩端口是高電平保護，低電平狀

態）狀態打開兩個MOS開關。

2、充電：P+、P-分別接充電器的正負極，充電電流經過兩個MOS對電芯進行充電。這

時，IC的VDD、VSS既是電源端，也是電芯電壓檢測端（經R1）。隨著充電的進行，電芯電壓逐漸升高，當升高到保護IC門限電壓（一般是4.30V，通常稱為過充保護電壓）時，Cout隨即輸出高電平將對應那個MOS關斷，充電回路也被斷開。過充保護后，電芯電壓會下降，當下降到IC門限電壓（一般為4.10V，通常稱為過充保護恢復電壓）時，Cout恢復低電平狀態打開MOS開關。

3、放電：同樣，在電池放電時，IC的VDD、VSS也會對電芯電壓檢測，當電芯電

壓下降到IC門限電壓（一般是2.40V，通常稱為過放保護電壓）時，Dout隨即輸出高電平將對應那個MOS關斷，放電回路被斷開。過放保護后，電芯電壓會上升，當上升到IC門限電壓（一般為3.00V，通常稱為過放保護恢復電壓）時，Dout恢復低電平狀態打開MOS開關。

4、過流、短路：當放電過程中主回路電流大時（具體多少要參考保護板設計參數）

由于MOS飽和導通也存在內阻，所以電流在流經B-、P-之間時MOS兩端會產生壓降，保護IC的V-和VSS（經過R2）會隨時檢測MOS兩端的電壓，當電壓上升到IC保護門限（一般為0.15V，稱為放電過流檢測電壓）時，Dout馬上輸出高電平將對應那個MOS關斷，放電回路被斷開?？吹竭@里，大概有同學已經悟出，如果選用導通內阻低的MOS或者放電過流檢測電壓高的IC，是不是可以獲得大的輸出電流？答案是肯定的，但是也要考慮選用的MOS的功率和電芯的容量！

5、NTC（T端口）的作用：當電池工作時，沒有發生過充、過放或過流、短路等情況，而是由于工作時間太長，導致電芯溫度上升（比如平常我們在用手機煲電話粥）很快。而NTC電阻緊貼電芯監測電芯溫度，隨著溫度上升NTC阻值逐漸下降，用電器CPU發現了這個變化，當阻值下降到CPU設定值時，CPU即發出關機指令，讓電池停止對其供電，只維持很小的待機電流，達到保護電池的目的。