锂电池保护板的定义及原理

接线图 2023年10月26日 06:48 229 admin

什么是锂电池保护板

锂电池保护板是对串联锂电池组的充放电保护；在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值（一般±20mV），实现电池组各单体电池的均充，有效地改善了串联充电方式下的充电效果；同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命；欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。成品锂电池组成主要有两大部分，锂电池芯和保护板，锂电池芯主要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂电池保护板的作用很多人都不知道，锂电池保护板，顾名思义就是保护锂电池用的，锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护。

锂电池保护板技术参数

均衡电流：80mA（VCELL=4.20V时）均衡起控点：4.18±0.03 V过充门限：4.25±0.05 V （4.30±0.05 V可选）过放门限：2.90±0.08 V （2.40±0.05 V可选）过放延时：5mS 过放释放：断开负载，并且各单体电池电压均高于过放门限；过流释放：断开负载释放过温保护：有接口，需安装可恢复性温度保护开关；工作电流：15A（根据客户选择）静态功耗：《0.5mA 短路保护功能：能保护，断开负载可自恢复。主要功能：过充保护功能，过放保护功能，短路保护功能，过流保护功能，过温保护功能，均衡保护功能。接口定义：该板的充电口与放电口相互独立，两者共正极，B-为连接电池的负极，C-为充电口的负极；P-为放电口的负极；B-、P-、C-焊盘均是过孔式，焊盘孔直径均为3mm;电池各充电检测接口以DC针座形式输出。参数说明：最大工作电流和过流保护电流值的配置，单位：A（5/8，8/15，10/2012/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊过流值可以按客户要求定制。

锂电池保护板原理

锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC等电流器件协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，及时控制电流回路的通断；PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。普通锂电池保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存储器等。其中控制IC，在一切正常的情况下控制 MOS开关导通，使电芯与外电路导通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制MOS开关关断，保护电芯的安全。在保护板正常的情况下，Vdd为高电平，Vss，VM为低电平，DO、CO为高电平，当Vdd，Vss，VM任何一项参数变换时，DO或CO端的电平将发生变化。　

1、过充电检出电压：在通常状态下，Vdd逐渐提升至CO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。

2、过充电解除电压：在充电状态下，Vdd逐渐降低至CO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。

3、过放电检出电压：通常状态下，Vdd逐渐降低至D O端由高电平变为低电平时VDD- VSS间电压。

4、过放电解除电压：在过放电状态下，Vdd逐渐上升到DO端由低电平变为高电平时 VDD-VSS间电压。

5、过电流1检出电压：在通常状态下，VM逐渐升至DO由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

6、过电流2检出电压：在通常状态下，VM从OV起以1ms以上4ms以下的速度升到 DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。 7、负载短路检出电压：在通常状态下，VM以OV起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

8、充电器检出电压：在过放电状态下，VM以OV逐渐下降至DO由低电平变为变为高电平时VM-VSS间电压。

9、通常工作时消耗电流：在通常状态下，流以VDD端子的电流（IDD）即为通常工作时消耗电流。

10、过放电消耗电流：在放电状态下，流经VDD端子的电流（IDD）即为过流放电消耗电流。锂电池保护板的定义及原理第1张

1、通常状态：电池电压在过放电检出电压以上（2.75V以上），过充电检出电压以下（4.3V以下），VM端子的电压在充电器检出电压以上，在过电流/检出电压以下（OV）的情况下，IC通过监视连接在VDD-VSS间的电压差及VM-VSS间的电压差而控制MOS管，DO、CO端都为高电平，MOS管处导通状态，这时可以自由的充电和放电；

锂电池保护板的定义及原理第2张

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提出了一种基于集成运放的交流检测电路，该电路由电压衰减电路、差分运算放大及合成电路、电压过零检测及频率检测电路等组成。通过理论推导，给出了电路关键点参数的计算公式，并用Multisim软件对电路进行了仿真，仿真结果与理论计算值一致。根据仿真设计参数，搭建了实验电路。实验结果表明，实际检测电压为3.4 V，电压过零检测信号为5 V方波，频率为100 Hz，与理论计算及仿真结果一致，验证了所设计电路的可行性。

电路简单可靠，易于实现，为各种电源及仪表系统交流电检测提供了一种新尝试。 0引言目前不间断电源、应急电源、高频整流器、逆变器、变频器、太阳能发电、风能发电等领域都要对交流电信号进行检测，以获取电压大小、频率和过零检测等参数，从而对电源进行精确控制。现有方法中，通常先通过变压器降压，再经过整流后分压，最后由单片机对电压信号进行采集，得到电压检测数据，另外再通过过零检测电路得到过零检测数据。然而由于该方法需要实现电压检测和过零检测两个电路，且需要变压器等器件，设计复杂，成本较高。

基于此，文中提出一种基于集成运放的交流电压检测电路，通过简单的分立器件和常用的集成运放器件，实现同时检测交流信号的电压、电压频率及过零点参数，价格低廉、简单可靠、且易于实现。

1电路组成及原理 交流电压检测包括电压大小、频率及过零点检测等，检测到的信号要通过处理器计算处理，对电源系统进行精确控制。以市电为例，其有效值为220 V，峰值为310 V左右，如图1所示。但实际单片机控制芯片均为低压器件，所以检测电路应包括电压衰减电路、运算放大及合成电路、过零及频率检测电路等，具体电路如图2所示。

锂电池保护板的定义及原理第3张锂电池保护板的定义及原理第4张

1.1电路原理分析

交流电检测是通过弱电控制芯片来实现的，220 V交流电必须经过电压衰减，降为弱小的电压信号，然后经过集成运放电路进行信号放大合成，才能被单片机等控制芯片可靠接收，并对整个系统进行可靠控制。如图2所示，电压衰减电路由R1、R3、R5、R6及直流偏置电压源组成，市电V1经过4个电阻的分压，在节点A、B处获得毫伏级的弱电电压信号。此弱电信号作为集成运算放大器的输入信号，再进行比例放大。

为减少实际应用中供电电源的数量，集成运放采用单电源供电，则一个运算放大电路只能输出交流电的正向电压，为能全部还原输出交流电信号，须用另一个集成运放，且运放输入端口信号反接，则能将交流电的负半周电压转化为正电压输出。两个运算放大电路输出的电压信号VAO、VBO经过两个电阻连接在一起，进行交流电压信号合成，输出信号为VO，此信号可以直接接入单片机或DSP等控制器进行后续运算和控制处理。两路运放输出的任一路信号，均可作为过零及频率检测电路的输入，文中以负电压输出作为过零及频率检测电路的输入，则在交流电的正半周，此运放输出为零电压，开关三极管Q1不导通，Vzero输出为高电平，当交流电正向电压降到零，负电压开始增大时，运放输出电压开始增大，触发开关三极管Q1导通，Vzero输出为低电平，当交流电不断变换时，Vzero即为高低电平的脉冲信号，高低电平的脉冲沿即为过零点，而脉冲信号的周期即为交流电信号的周期，从而可以通过单片机或DSP捕捉Vzero信号，通过计算处理后，可得到交流信号的过零点和频率参数。

1.2电路参数计算 实际应用中，节点A、B处的电压VAB、运放输出电压VAO、VBO、合成电压VO、过零检测信号Vzero等是关键参数，因此，必须对电路进行等效分析，计算出合理的参数值，才能保证检测电路可靠运行。电压衰减电路，相当于两个电压源单独作用时，在节点A、B处电压的叠加，利用叠加定理，可得：锂电池保护板的定义及原理第5张式中，V1为检测的交流电压，实际应用中，一般取R5=R6，R1=R3，则有：锂电池保护板的定义及原理第6张图2中两个集成运放电路均是差分运算放大电路，根据差分运算放大电路特性，则有：锂电池保护板的定义及原理第7张合成电压VO可看成VAO、VBO单独作用于R15、R16串联电路中点的电压叠加，由叠加定理可得: 锂电池保护板的定义及原理第8张实际应用中，取R15=R16，则有: 锂电池保护板的定义及原理第9张

2仿真与实验 在Multisim软件中，基于图2市电检测电路建立了仿真模型。实际应用中，市电的检测以220 V为中心，存在正负20%的波动，要使检测到的参数值能很好地被单片机或DSP等控制芯片捕获，一般要求合成的检测电压范围在5 V以内。因此，根据上述原理分析及参数计算，电路模型关键参数选取如表1所示。根据表1参数，在Multisim软件中对图2电路进行了仿真。锂电池保护板的定义及原理第10张