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1、电池保护IC参数及工作原理介绍,敖永广 2014-06-04,目 录,电池保护ic参数及原理介绍 1.1 简介 1.2 电池保护IC及参数 1.3 电池保护板电路及原理 1.4 实际产品应用 1.5 电池保产品应用调试中的一些异常问题分析,3,1.1 简介,随着科技进步与社会发展，象手机、平板 、笔记本电脑、 MP3、MP4播放器、PDA、 GPS、掌上游戏机、数码摄像机、智能穿戴、玩具等便携式设备已越来越普及，这类产品中有许多是采用锂离子电池供电，锂电池具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等被人们广泛使用。其市场容量已经达到每月几亿只，甚至数十亿只。其安全性能也日益受到人们的广泛关注。
2、 锂电池一般由电芯、保护板、外壳组成。在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，那就是池保护板，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害锂离子电池,1.2 常用电池保护IC及参数,常用电池保护IC 1. TI系列 BQ29700 (单节) 、 BQ294707 (2/4节) 、BQ771809 (2/5
3、节) 2. 精工(日本)系列 S8261X (单节) 、S8232 X (双节) 3. 理光(日本)系列 R5400、R5402、R5421、R5426 (单节) 4. 美之美(日本)系列 MM3077 (单节) ,MM1414 (3/4节) 5. 富晶(台湾)系列 DW01+，DW01-，FS312F，FS326系列(单节) 、FS3332 (双节) 6. 新德(台湾)系列 CS213 (单节) 7. 中星微(北京)系列 VM7021 (单节) 8. 士兰(杭州)系列 SC451 (单节),电池保护IC 参数 锂电池保护电路主要由保护IC和MOS管构成 保护IC主要参数 1. 封装（常用如右
4、图） 2. 过充电压 3. 过充释放电压 4. 过放电压 5. 过放释放电压 6. 耐压,除了控制IC外，电路中还有一个重要元件，就是MOSFET，它在电路中起着开关的作用，由于它直接串接在电池与外部负载之间，因此它的导通阻抗对电池的性能有影响，当选用的MOSFET较好时，其导通阻抗很小，电池包的内阻就小，带载能力也强，在放电时其消耗的电能也少。 MOSFET主要参数 1. N沟、P沟 2. 内阻 3. 封装（TSSOP8 、SOP8、SOT23-6等） 4. 耐电流 5. 耐电压,1.3 电池保护板电路及原理,锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,保护板有两个核心部件：一
5、块保护IC，它是由精确的比较器来获得可靠的保护参数；另外是MOSFET串在主充放电回路中担当高速开关，执行保护动作。下面以DW01 配双NMOS管8205A进行讲解,DW01内部框图,基于DW01保护板电路,锂电池保护装置的电路原理如上图所示，总体来讲主要是由电池保护控制IC DW01和外接放电开关M1以及充电开关M2来实现。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，当P+/P-端连接充电器，给电池正常充电时，M1，M2均处于导通状态；当控制IC检测到充电异常时，将M2关断终止充电。当P+/P-端连接负载，电池正常放电时，M1，M2均导通
6、；当控制IC检测到放电异常时，将M1关断终止放电。 该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能。 其工作原理分析如下： 1) 正常状态 在正常状态下电路中DW01的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。 此状态下保护电路的消耗电流为A级,2) 过充电保护 锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。电池
7、在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。 在带有保护电路的电池中，当控制IC （DW01）检测到电池电压达到4.3V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使M2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于M2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超过4.05 V至发出关断M2信号之间 时过充释
8、放，M2转为打开，开始充电,3、过放电保护 电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏 在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.5V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使M1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于M1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。 由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会
9、进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1A,4、过电流保护 电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值U=I*RDS*2, RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“CS”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使U0.15V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使M1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。 在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值，还取决
10、于MOSFET的导通阻抗，当MOSFET导通阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小,5、短路保护 电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U1V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，控制IC则判断为负载短路，其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压，使M1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似 的脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制的导通压降剧增，脚电压迅速升高，输出信号使充放电控制迅速关断，从而实现过电流或短路保护。,1.4 实际产品应用,锂电池保护板广泛应用于手机、对讲机、便携式DVD、只能
11、穿戴、 矿灯、电动玩具、MP3/MP4 、电动工具、数码相机摄像机、笔记 本电脑、平板电脑、军用战术灯、测绘仪器电动自行车、电动滑 板车、航模、机器人、吸尘器、各种野外勘探作业设备。 目前我们公司涉及的领域主要是平板电脑。智能穿戴单节锂电池,残余电量滤波,残余时间,Cia10 电池保护板原理图,不同运用的原理图,EiA10 电池保护板原理图,Intel平台PMIC关于NTC的应用框图,池保护板关于NTC的应用,Intel平台PMIC关于NTC的应用参数,1.5电池保产品应用调试中的一些异常问题分析,1、无电压/电压很低 1)万用表开关选择直流20V档位. 2)用红表笔接触电芯正极,黑表笔接触
12、电芯的负极,如万用表显示无电压或 电压很低,证明电芯为不良品，可能 电芯内部微短路。 3）保护板正负极有无接反。仪器在给 电池充电时相当于强制过放。 4）镍片是否脱落。,1、不充电 1)万用表开关选择直流20V档位. 2)用红表笔接触电芯正极或保护板P+,黑 表笔接触保护板P-,万用表显示输出电 压应等于电池电压,测试有两种情况: a、输出无电压： 电芯电压是否正常。 保护IC的供电脚电压是否正常, 如无电压,检查电压采样电阻是否脱落。 保护IC或MOS管损坏。,1、无内阻或内阻大 a、无内阻： 检查MOS管的引脚有无焊接不 良。 更换MOS管。 b、内阻大： 探针是否接触不良或氧化。 检测电芯的内阻是否超出标准 保护板内阻是否超出标准。,谢谢 !,
