詳解鋰電池保護(hù)電路的工作原理分享-KIA MOS管

鋰電池都有一個(gè)使用的安全電壓區(qū)間，最高和最低電壓一般被稱為充放電終止電壓或截止電壓，當(dāng)電池的實(shí)際工作電壓長(zhǎng)時(shí)間低于放電終止電壓或者長(zhǎng)時(shí)間高于充電終止電壓時(shí)，電池內(nèi)部將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害，嚴(yán)重傷害電池，導(dǎo)致性能下降，俗稱電池衰減，電池衰減的表現(xiàn)就是電池的內(nèi)阻增大，容量下降等。

所以一般鋰離子電池內(nèi)部會(huì)有一個(gè)小的PCB板，和電池封裝在一起，如下圖所示，主要作用就是用來(lái)保護(hù)電池。

鋰電池保護(hù)板電路

紅色框選部分為電池保護(hù)板

這個(gè)電路板根據(jù)組成電路不同，一般會(huì)有過(guò)放保護(hù)、過(guò)充保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)以及控制IC失效之后的FUSE保護(hù)這幾種，下面會(huì)以一個(gè)常見(jiàn)的電路，講解這幾種保護(hù)的工作原理。

鋰電池保護(hù)板組成

一般的鋰電池保護(hù)板由控制IC、MOS管、電阻電容、保險(xiǎn)絲FUSE等組成，如下圖所示。

鋰電池保護(hù)板電路

常見(jiàn)的鋰電池保護(hù)板電路圖

TH為溫度檢測(cè)，內(nèi)部是一個(gè)10K NTC接到電池負(fù)極；ID是電池在位檢測(cè)，一般是47K/10K電阻接到電阻負(fù)極，有的是0R電阻；TH和ID均是選配，并不是所有鋰電池都有的。

接著根據(jù)上面這么電路，來(lái)看一下如下幾種保護(hù)的工作原理吧！

過(guò)充保護(hù)

電池充電時(shí)，電流（方向如箭頭所示）從電池包的正極流入，經(jīng)過(guò)FUSE后從負(fù)極流出，最下方的兩個(gè)MOS管均是導(dǎo)通狀態(tài)。

鋰電池保護(hù)板電路

電池充電時(shí)電流方向如箭頭所示

充電時(shí)，控制IC X1會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當(dāng)這個(gè)電壓大于等于過(guò)充截止電壓且滿足過(guò)充電壓的延時(shí)時(shí)間時(shí)，X1會(huì)通過(guò)控制第3腳來(lái)關(guān)閉MOS管Q2，Q2被關(guān)閉之后，充電回路被切斷（Q2的體二極管D2也是反向截止的），這個(gè)時(shí)候，電池只能放電。

過(guò)充保護(hù)解除條件（滿足其一即可）：

1，電芯兩端的電壓下降到保護(hù)IC的過(guò)充恢復(fù)電壓。

2，在電池包得輸出端加負(fù)載放電，放電到電壓小于過(guò)充保護(hù)電壓。

過(guò)放保護(hù)

在電池包兩端加負(fù)載放電時(shí)，電流（方向如箭頭所示）與充電是相反的，如下圖所示。

鋰電池保護(hù)板電路

電池放電時(shí)電流方向如箭頭所示

放電時(shí)，控制IC X1同樣會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當(dāng)這個(gè)電壓小于等于過(guò)放截止電壓且達(dá)到過(guò)放電壓的延時(shí)時(shí)間，控制IC X1會(huì)通過(guò)第1腳關(guān)閉Q1，Q1被關(guān)閉之后，放電回路被切斷（Q1的體二極管D1是反向截止），這個(gè)時(shí)候，電池只能充電。

過(guò)放保護(hù)解除條件：拿掉負(fù)載，給電池包充電，當(dāng)VM-VDD之間的電壓達(dá)到過(guò)放恢復(fù)電壓值時(shí)，控制電池放電時(shí)電流方向如箭頭所示。

過(guò)電流保護(hù)解除的條件是：將輸出端負(fù)載拿掉，控制IC會(huì)自動(dòng)將Q1重新打開(kāi)。

過(guò)流保護(hù)的電壓值一般是0.1~0.2V，短路保護(hù)檢測(cè)的電壓值一般是0.9V~2V，這兩個(gè)值都與控制IC有關(guān)系，不同的IC，這兩個(gè)值不一樣。

短路保護(hù)電壓值指的是電流流經(jīng)Q1和Q2上的導(dǎo)通壓降，即可以得出，如果MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻越大，保護(hù)電流值就越小。如：內(nèi)阻為20mΩ的MOS管，選用的過(guò)電流值為0.15V的控制IC，那過(guò)流保護(hù)的電流應(yīng)為：0.15V/（0.02*2）=3.75A。

控制IC失效之后的FUSE保護(hù)

有的保護(hù)板里面會(huì)加上保險(xiǎn)絲，在控制IC失效之后，起到一個(gè)二級(jí)保護(hù)作用，避免更壞的結(jié)果，當(dāng)然也會(huì)增加成本。IC X1會(huì)重新打開(kāi)MOS管Q1。

過(guò)流保護(hù)/短路保護(hù)

過(guò)流保護(hù)指的是過(guò)放電流的保護(hù)，一般的控制IC有過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)兩種，控制IC時(shí)刻監(jiān)測(cè)VSS-VM之間的電壓值，當(dāng)電壓值達(dá)到過(guò)流保護(hù)或者短路保護(hù)的閾值且滿足延時(shí)時(shí)間，控制IC會(huì)將MOS管Q1關(guān)閉，切斷放電回路。

鋰電池保護(hù)板電路