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鋰電池保護板的工作原理是怎麼樣的?

鋰電池保護板主要由保護IC(過壓保護)和MOS管(過流保護)構成,是用來保護鋰電池電芯安全的器件。鋰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,在使用可充鋰電池都會帶有一塊保護板來保護電芯的安全。


電池保護板工作原理


鋰離子電池保護板根據使用IC, 電壓等不同而電路及參數有所不同, 常用的保護IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等,其中精工的8261系列精度更好,當然價錢也更貴。後面幾種都是台灣生產的,國內次級市場基本都用DW01+和CS213了,下面以DW01+配MOS管8205A(8pin)進行講解:

 

鋰電池保護電路板



鋰離子電池保護板其正常工作過程為:

當電芯電壓在2.5V至4.3V之間時,DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等於供電電壓),第二腳電壓為0V。此時DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到8205A的第5、4腳,8205A內的兩個電子開關因其G極接到來自DW01的電壓,故均處於導通狀態,即兩個電子開關均處於開狀態。此時電芯的負極與保護板的P-端相當於直接連通,保護板有電壓輸出。

保護板過放電保護控制原理:

當電芯通過外接的負載進行放電時,電芯的電壓將慢慢降低,同時DW01內部將通過R1電阻實時監測電芯電壓,當電芯電壓下降到約2.3V時DW01將認為電芯電壓已處於過放電電壓狀態,便立即斷開第1腳的輸出電壓,使第1腳電壓變為0V,8205A內的開關管因第5腳無電壓而關閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處於斷開狀態。即電芯的放電迴路被切斷,電芯將停止放電。保護板處於過放電狀態並一直保持。等到保護板的P與P-間接上充電電壓後,DW01經B-檢測到充電電壓後便立即停止過放電狀態,重新在第1腳輸出高電壓,使8205A內的過放電控制管導通,即電芯的B-與保護板的P-又重新接上,電芯經充電器直接充電。

保護板過充電保護控制原理:

當電池通過充電器正常充電時,隨著充電時間的增加,電芯的電壓將越來越高,當電芯電壓升高到4.4V時,DW01將認為電芯電壓已處於過充電電壓狀態,便立即斷開第3腳的輸出電壓,使第3腳電壓變為0V,8205A內的開關管因第4腳無電壓而關閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處於斷開狀態。即電芯的充電迴路被切斷,電芯將停止充電。保護板處於過充電狀態並一直保持。等到保護板的P與P-間接上放電負載後,因此時雖然過充電控制開關管關閉, 但其內部的二極管正方向與放電迴路的方向相同, 故放電迴路可以進行放電, 當電芯的電壓被放到低於4.3V時,DW01停止過充電保護狀態重新在第3腳輸出高電壓,使8205A內的過充電控制管導通,即電芯的B-與保護板P-又重新接上,電芯又能進行正常的充放電.

保護板短路保護控制原理:

在保護闆對外放電的過程中,8205A內的兩個電子開關並不完全等效於兩個機械開關,而是等效於兩個電阻很小的電阻,並稱為8205A的導通內阻,每個開關的導通內阻約為30m\U 03a9 共約為60m\U 03a9,加在G極上的電壓實際上是直接控制每個開關管的導通電阻的大小, 當G極電壓大於1V時,開關管的導通內阻很小(幾十毫歐),相當於開關閉合,當G極電壓小於0.7V以下時,開關管的導通內阻很大(幾MΩ),相當於開關斷開。電壓UA就是8205A的導通內阻與放電電流出現的電壓,負載電流增大則UA必然增大, 因UA0.006L×IUA又稱為8205A的管壓降,UA可以簡接表明放電電流的大小。上升到0.2V時便認為負載電流到達了極限值,於是停止第1腳的輸出電壓,使第1腳電壓變為0V、8205A內的放電控制管關閉,切斷電芯的放電迴路,將關斷放電控制管。換言之DW01允許輸出的最大電流是3.3A,實現了過電流保護。

短路保護控製過程:

短路保護是過電流保護的一種極限形式,其控製過程及原理與過電流保護相同,短路只是在相當於在P P-間加上一個阻值小的電阻(約為0Ω)使保護板的負載電流瞬時達到10A以上,保護板立即進行過電流保護。

鋰電池(可充型)之所以需要保護,是由它本身特性決定的。由於鋰電池本身的材料決定了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電,因此鋰電池組件總會跟著一塊精緻的保護板。



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