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白玉手机锂电池保护板的作用

日期:2020-07-09 / 文章来源:

现在手机电池所有锂电池所有手机锂电池都有一块保护板,通常将其封装在电池的金手指部分。手机锂电池保护板的作用是什么?下面介绍锂电池保护板的功能。


【锂电池保护板】锂电池保护板功能


手机锂电池保护板


电池保护板,顾名思义,锂电池保护板主要是保护可充电电池(通常指锂电池)的集成电路板。锂电池(充电式)需要保护的原因取决于其自身的特性。由于锂电池的材料确定不能对其过度充电,过放电,过电流,短路以及超高温充电和放电,因此锂电池的锂电池组件将始终带有带有采样电阻的保护板和电流保险丝。


定义


锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC或TCO等电流设备来完成。保护板由电子电路组成。它可以在-40℃至+85℃的环境中准确监视电池的电压以及充放电。回路电流可以实时控制电流回路的通断。 PTC或TCO可以防止高温环境下电池的严重损坏。


该保护板通常包括控制IC,MOS开关,JEPSUN精密电阻以及辅助设备NTC,ID存储器,PCB等。其中,控制IC控制MOS开关在所有正常条件下导通,以便电池与之通信。外部电路,并且当电池电压或环路电流超过指定值时,它立即(数十毫秒)控制MOS开关关闭。保护电池安全。


NTC是负温度系数的缩写,表示负温度系数。当环境温度升高时,其电阻值减小。使用电气设备或充电设备及时做出反应,控制内部中断并停止充电和放电。


ID存储器通常是单线接口存储器。 ID是Identification的缩写,表示身份识别,并存储诸如电池类型和生产日期之类的信息。可以在产品可追溯性和应用程序限制中发挥作用。


PTC是正温度系数的英文缩写,表示正温度系数。专业人士通常将PTC设备称为PTC。电池产品中的PTC可以防止电池高温放电和不安全的大电流。根据电池电压,电流密度特性和应用环境,PTC有特殊要求。


PTC是电池模块产品中非常重要的组件,并且对电池的安全性具有重要的使命。其自身的性能和质量也是电池组性能和质量的重要因素。


当保护板保护单个电池时,保护板的设计将相对简单。动力电池保护板的设计需要注意电压平台问题。在使用过程中,经常需要动力电池具有较大的平台电压。因此,在设计保护板时,保护板应尽可能不影响电池放电电压,这样对控制IC,精密电阻等元器件的要求将会很高,一般的家用IC都可以满足大多数产品要求,可以使用特殊的进口产品,电流采样电阻需要使用捷普捷比新电阻,以满足高精度,低温度系数,无感等要求。对于多节电池保护板的设计,存在更高的技术要求。根据不同的需求,设计了复杂程度不同的产品。


锂电池保护板功能


1.过充电保护2.过放电保护3.过电流和短路保护


开始保护手机电池(来自网络)后的解决方案:


1.用原来的直冲头在手机上直接充电将自动冲洗电池保护板的保护电路。


2.立即将电池的正极和负极短路,并注意电极板上有火花。再尝试几次,然后使用直接充电进行充电。


3.找到5V直流电,用正极和负极接触电池的正极和负极,尝试几次,然后使用原装充电器充电。


原理


电池保护板的工作原理


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,常用的保护IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等,其中精工的8261系列精度更好,当然价钱也更贵。后面几种所有台湾出的,国内次级市场基本都用DW01+和CS213了,下面以DW01+配MOS管8205A(8pin)进行讲解:


锂电池保护板的正常工作流程为:


当电池电压在2.5V和4.3V之间时,DW01的引脚1和3都输出高电平(等于电源电压),第二个引脚的电压为0V。此时,DW01的引脚1和3的电压将加到8205A的引脚5和4上。 8205A中的两个电子开关处于导通状态,因为它们的G极接收来自DW01的电压,也就是说,两个电子开关都导通。此时,电池的负极直接连接至保护板的P端,并且保护板具有电压输出。


保护板过放电保护控制原理:


当电池通过外部负载放电时,电池电压将缓慢降低。同时,电池电压将通过R1电阻器实时监控。当电池电压下降到约2.3V时,DW01会认为电池电压处于过放电电压状态,引脚1的输出电压立即关闭,从而引脚1的电压变为0V,并且开关由于引脚5上没有电压,因此8205A中的电子管被关闭。这时,电池的B-与保护板的P-断开了连接。即,电池单元的放电电路被切断,并且电池单元将停止放电。保护板处于过放电状态,并且已经维护。保护板的P和P-间接充电后,DW01在通过B-检测到充电电压后立即停止过放电,并再次在引脚1上输出一个高电压,以打开8205A中的过放电控制管。即,再次连接电池单元的B-和保护板的P-,并且电池单元由充电器直接充电。


保护板过充保护控制原理:


当电池由充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电池电压将越来越高。当电池电压升至4.4V时,DW01会认为电池电压已处于过充电电压状态。立即切断第三个引脚的输出电压,以使第三个引脚的电压变为0V,并且由于第四个引脚上没有电压,因此闭合了8205A中的开关管。此时,电池的B-与保护板的P-断开了连接。即,电池单元的充电电路被切断,并且电池单元将停止充电。保护板处于过度充电状态,并且一直处于保存状态。在保护板的P和P-间接放电后,过充电控制开关闭合,但内部二极管的正方向与放电电路的方向相同,因此当电压升高时,放电电路可以放电当电池电压低于4.3V时,DW01停止过充电保护状态,并再次在引脚3上输出高电压,以便打开8205A中的过充电控制管,即电池的B-和保护板P-重新连接。 ,电池可以正常充电和放电。


保护板短路保护控制原理:


在保护板的外部放电过程中,8205A中的两个电子开关并不完全等同于两个机械开关,而是等效于两个电阻非常小的电阻,被称为8205A的导通电阻。每个开关的导通电阻约为30mU03a9,总电阻约为60mU03a9。实际上,施加到G极的电压直接控制每个开关的导通电阻的大小。当G极的电压大于1V时,开关的导通。开关的内部电阻非常小(数十毫欧),相当于开关闭合。当G极的电压小于0.7V时,开关的内阻很大(几MΩ),相当于开关的开路。电压UA是由8205A的导通电阻和放电电流产生的电压。如果负载电流增加,则UA必须增加。因为UA0.006L×IUA也称为8205A管电压降,所以UA可以简单地指示放电电流的大小。 。当上升到0.2V时,认为负载电流已达到极限值,因此引脚1的输出电压停止,引脚1的电压变为0V,8205A中的放电控制管闭合,放电电路单元格的一部分被切断,它将被关闭。排放控制管。换句话说,DW01允许的最大输出电流为3.3A,从而实现了过流保护。


短路保护控制过程:


短路保护是过电流保护的一种限制形式。其控制过程和原理与过电流保护相同。短路等效于在PP-之间增加一个小的电阻(大约0Ω)以使保护板负载。瞬时电流达到10A以上,保护板立即执行过流保护。


前景展望


由于最近动力锂电池公司的飞速发展,无论是生产技术的提高,材料技术的提高,还是价格优势,都取得了长足的突破,为越来越多的弦乐打下了坚实的基础。更换铅酸电池的时代越来越近。无论是电动自行车还是备用电源,其市场份额自然都开始急剧增长。这是不可否认的事实。那么,为了电池的安全和寿命,对锂电池的有效保护也是必不可少的。这时,保护板也是电池组中的核心组件之一。


理论上来讲,动力多串电池保护板已经没有太多的电子技术含量了,比如电路与软件处理,有太多的选择。其主要是把保护部分如何做到稳定,可靠,更安全,更实用,当然价格也是其中之一。想要真正的想把它做好,那是一件非常复杂细心而又漫长的轮回工作。如果要按经验与技术值的占比比值的话,技术只占20%。经验要占到80%。做好动力电池保护板没有个三五年的经验,还是有困难的。当然做好与能做是两回事。为什么会有这样的结论呢?这是有依据的。说实话,保护板的方案电路并不复杂,只要在电池电子行业工作了一两年,设计个电路与抄袭人家一个电路不是什么难事。比如:多串动力电池他主要是高电压,大电流,高内阻工作(微电流),电池包工作环境的考量等等,这都牵扯到多年的电子专业综合经验。大到要对整个PACK的了解,小到一个电阻,电容或晶体管的选型,或是布板时的注意细节。总的一句话,保护板主要是稳定,可靠,安全的保护电池组,保证电池组的正常安全使用或使用得更久,其它添加的特有技术与功能,所有浮云。


主要作用


1.电压保护:过充电和过放电,应根据电池的材料进行更改。这似乎很简单,但是如果您查看细节,您仍然会很有经验。


过充保护,在我们以往的单节电池保护电压都会高出电池充饱电压50~150mV。但是动力电池不一样,如果你要想延长电池寿命,你的保护电压就选择电池的充饱电压,甚至还要比此电压还低些。比如锰锂电池,可以选择4.18V~4.2V。因为它是多串数的,整个电池组的寿命容量主要是以容量最低的那颗电池以准,小容量的总是在大电流高电压工作,所以衰减加快。而大容量每次所有轻充轻放,自然衰减要慢得多了。为了让小容量的电池也是轻充轻放,所以过充保护电压点不要选择太高。这个保护延时可以做到1S,防止脉冲的影响从而保护。


过放电保护也与电池材料有关,例如锰锂电池一般选择2.8V〜3.0V。尝试使其放电时略高于其单节电池的电压。因为对于国产电池,当电池电压低于3.3V后,每个电池的放电特性完全不同,因此可以对电池进行提前保护,这是对电池寿命的良好保护。


总体目的是使每个电池尽可能轻便地工作,并且必须对电池的使用寿命有所帮助。


过放电保护的延迟时间取决于负载。例如,电动工具的启动电流通常高于10C,因此电池电压将在短时间内被拉至过放电电压点。保护。此时无法操作电池。这一点值得注意。


2.电流保护:关断MOS以保护电池组或负载主要体现在工作电流和过电流中。


MOS管的损坏主要是由于温度急剧上升。它的发热也取决于电流大小和内部电阻。当然,小电流不会对MOS产生影响,但是对于大电流,这需要做好。当通过额定电流时,小电流低于10A,我们可以直接用电压驱动MOS管。必须驱动大电流以提供足够的MOS驱动电流。 MOS管驱动器中提到以下内容


工作电流,在设计的时候,MOS管上不能存在超过0.3W的功率。计算工式:I2*R/N。R为MOS的内阻,N为MOS的数量。如果功率超过,MOS会产生25度以上的温升,又因它们所有密封的,就算有散热片,长时间工作时,温度还是会上去,因为他没地方可散热。当然MOS管是没任何问题,问题是他产生热量会影响到电池,毕竟保护板是与电池放在一起的。


过流保护(最大电流),此项是必不可少的保护板,是非常关键的保护参数。保护电流的大小与MOS的功率密切相关。因此,在设计中,应尽可能给出MOS能力的余量。放置电路板时,当前的检测点必须选择一个好的位置,而不仅仅是连接它,这需要经验值。通常建议连接到检测电阻的中间。还应注意电流检测端子的干扰问题,因为其信号容易受到干扰。


过流保护延时,还需要针对不同的产品进行相应的调整。这里没有太多要说的。


3.短路保护:严格来说,它是电压比较型保护,即直接通过电压比较将其关断或驱动,不要进行多余的处理。


短路延时的设置也很关键,因为在我们的产品中,输入滤波电容所有很大的,在接触时第一时间给电容充电,此时就相当于电池短路来给电容充电。


4.温度保护:通常用于智能电池,也是必不可少的。但是,另一方面,它的完善常常会带来缺陷。我们主要检测电池温度来打开主开关,以保护电池本身或负载。如果在恒定的环境条件下,当然不会有问题。由于电池的工作环境超出了我们的控制范围,因此更改太多且太复杂,因此不是一个好的选择。例如,在北方的冬天,我们应该设定多少?与夏季的南部地区一样,应该设置多少?显然,范围太广并且有太多不可控制的因素。


5. MOS保护:主要是MOS的电压,电流和温度。当然,这涉及到MOS管的选择。当然,MOS的耐压必须超过电池组的电压,这是必须的。电流是指通过额定电流时,MOS管主体的温度上升。温升通常不超过25度。个人经验值仅供参考。


对于MOS驱动器,有人可能会说我使用的是内阻低且电流大的MOS管,但是为什么温度仍然很高?这是因为MOS管的驱动部分做得不好。 MOS驱动器必须足够大。电流,即特定的驱动电流,取决于功率MOS管的输入电容。因此,一般的过电流和短路驱动器不能直接由芯片驱动,而必须增加。在高电流(大于50A)下工作时,必须进行多电平和多通道驱动,以确保同时提供相同的电流,并且MOS通常可以同时打开和关闭。由于MOS管具有输入电容,因此MOS管功率越大,输入电流越大,输入电容也越大,如果没有足够的电流,在短时间内将无法进行完全控制。特别是当电流超过50A时,应更详细地设计电流设计,并且必须进行多级多通道驱动控制。只有这样,才能保证MOS的正常过流和短路保护。


MOS电流平衡,主要讲的是多颗MOS并起来用时,要让每一颗MOS管通过的电流,打开与关闭时间所有一致的。这就要在画板方面入手了,它们的输入输出一定要对称,一定要保证每一个管子通过的电流是一致这才是目的。


6.自耗,参数越小越好,最理想的状态为零,但这是不可能的。这是因为每个人都希望使此参数变小,并且许多人的要求更低,甚至是荒谬的,我们考虑一下,保护板上有芯片,它们可以工作,它们可能很低,但是可靠性又如何呢?在可靠且完全可以的情况下应考虑自耗问题。有些朋友可能已经进入了误解,自我消费分为整体自我消费和每一串自我消费。


整体自耗电,如果在100~500uA所有没什么问题的,因为动力电池的容量本身就很大。当然电动工具的另外分析。如5AH的电池,放电500uA,要放多久,因此对整个电池组来讲是很微弱的。


自我消费的每一串都是最关键的。不能为零。当然,也可以在性能完全可行时进行。但是,每个字符串的自耗必须一致。通常,每个字符串之间的差异不能超过5uA。在这一点上,每个人都应该知道,如果每个串的自耗不是恒定的,那么长时间放置电池肯定会改变其容量。


7.余额:余额是本文的重点。目前,最常见的均衡方法分为两种,一种是能量消耗型,另一种是能量转换型。


能耗均衡主要是利用多串电池中的电池电阻来消耗多余的电能。它也分为以下三个。


首先,充电时始终保持平衡。它主要用于在任何电池的电压高于所有电池的平均电压时开始平衡。无论电池电压在什么范围内,它都主要用于智能软件解决方案。当然,如何定义可以由软件任意调整。该解决方案的优点是它有更多时间进行电池电压平衡。


其次,电压定点均衡是将均衡开始设置在电压点上,例如锰锂电池,其中许多设置为4.2V以开始均衡。该方法仅在电池充电结束时执行,因此均衡时间较短,可以想象使用。


三,静态自动均衡,它也可以在充电过程中进行,也可以在放电过程中进行,更多的特点是当电池静态放置时,如果电压不一致,也可以保持平衡,直到电池电压达到协议。但是有人认为电池无法正常工作,为什么保护板仍在加热?


以上三种方法均受参考电压平衡。但是,高电池电压并不一定意味着高容量,并且可能会截然相反。在下面讨论。


它的优点是低成本和简单的设计。当电池电压不一致时,它可以起一定的作用,主要表现为长时间的电池自耗引起的电压不一致。从理论上讲,可行性很小。


缺点,电路复杂,元件很多,高温,抗静电性能差,故障率高。


详情如下。


当新的单个电池在部分体积,部分压力和内部电阻之后形成PACK时,总是会有单个电池的容量较低,而容量最低的电池在充电过程中往往会出现最快的电压上升。这也是它第一次达到起始平衡电压。此时,大容量单体尚未达到电压点且尚未开始均衡。小容量的确开始均衡,因此在每个工作周期中,这种小容量单体一直在充满和充满的状态下工作,并且它也是最快的老化过程,内部电阻自然会比其他方式缓慢增加单体,从而形成恶性循环。这是一个巨大的缺点。


组件越多,故障率越高。


可以想到的是,温度,能量消耗类型是使用所谓的剩余电力,以通过电阻器以热的形式消耗过量的电力。它确实已成为名副其实的热源。高温对于电池本身而言是致命的因素,它可能导致电池燃烧,或导致电池爆炸。最初,我们正在尝试各种方法来降低整个电池组的温度,并且能量消耗是均衡的吗?同时,它的温度高得惊人,您可以在完全封闭的环境中进行测试。一般来说,它是加热元件,热量是电池的致命敌人。


静电,我个人设计保护板时,从来不用小功率的MOS管,哪怕一颗都不用。因为本人在这一块吃过太多的亏了。就是MOS管的静电问题。先不说小MOS在工作的环境,就说在生产加工PCBA贴片时,如果车间的湿度低于60%,小MOS生产出来的不良率都会超过10%以上,然后再湿度调到80%。小MOS的不良率为零。可以试试。这要表明一个什么问题呢?如果我们的产品在北方的冬天,小MOS是否能通过,这需要时间来验证的。再有,MOS管的损坏只有短路,如果短路那可想而知,就意味着这组电池马上要损坏。更何况我们的均衡上的小MOS用得还不少呢。这时有人会恍然,难怪退回来的货,所有因为均衡坏掉而引起单体电池损坏,而且所有MOS坏掉了。这时电池厂与保护板厂开始扯皮了。是谁的错呢?


B能量传递均衡,是以能量存储的方式将大容量电池转移到小容量电池。听起来非常实用。它还划分了容量时间平衡和容量定点平衡。通过检测电池容量可以达到平衡,但似乎没有考虑电池电压。想一想。以10AH电池组为例。如果电池组的容量为10.1AH,较小的容量为9.8AH,则充电电流为2A,能量平衡电流为0.5A。此时,10.1AH需要对小容量9.8AH进行充电,而9.8AH电池的充电电流为2A + 0.5A = 2.5A,那么9.8AH电池的充电电流为2.5A,则容量为9.8AH它组成了,但是9.8AH电池的电压是多少?显然,它将比其他电池上升得更快。如果达到充电结束,则9.8AH肯定会提前被过度充电,并且在每个充电和放电周期中,小容量电池一直处于深度充电和深度放电的状态。关于其他电池是否充满电,存在太多不确定因素。薄弱而直观的分析是如此之小,太多的分析却不知道。


其他相关


如果有人坚持使用平衡功能,我可以得出结论,这个人没有大规模生产动力电池保护板或PACK的经验。如果大量生产,他肯定会因失去平衡而遭受很多损失。个人认为,平衡使用保护板有点可笑。由于保护板受到保护,因此只能使电池在最极端的时间发挥有效的保护作用。它没有能力改善电池性能。保护板只是被动部分。在家中的保护电线或保护开关能否改善家庭用电?当然不是。它仅起到保护作用。


电池


电池才是主动器件,我们要提高的是电池上的性能与技术,主要是一致性。再说均衡做在保护板上,不管是从理论上还是实际应用中,它有弊有利,但在理论上,均衡有一定的作用,但用处多大,显然可见。为何?因为充电一般所有在2~10A的电流,而均衡我们最多只能做到200mA。这个差别太多,同时有些均衡方案是在充电电压的末端启动,更显得于事无补啊。而它有弊端的一面,太多太多。


港口


VDD是IC电源正极,VSS是电源负极,V-是过流/短路检测端,Dout是放电保护执行端,Cout是充电保护执行端。2,保护板港口说明:B+,B-分别是接电池正极,负极:P+,P-分别是保护板输出的正极,负极;T为温度电阻(NTC)港口,一般需要和用电器的MCU配合产生保护动作,后面会介绍,这个港口有时也标为ID,意即身份识别港口,这时,R3一般为固定阻值的电阻,让用电器的CPU辨别是否为指定的电池。


1.必须依次连接输出负极,充电负极和电池负极,并且请勿使电路反向,以免烧毁电路组件


2.充电线,放电线,电池负极。尝试使用粗线,否则不会通过大电流,会起到过流保护的作用,导致电路无法正常工作


3.电池的正极输出直接连接到该输出,而不经过保护电路。