鋰電池保護(hù)電路通過監(jiān)測電壓和電流參數(shù)，在異常情況下切斷充放電回路，確保電池安全。以下是關(guān)鍵保護(hù)功能及工作原理：

過電流保護(hù)

當(dāng)放電電流超過設(shè)定閾值時(shí)，保護(hù)IC通過切斷放電回路來阻止電流過大。例如，電流超過0.9V時(shí)，保護(hù)電路會(huì)立即響應(yīng)，避免因短路或大電流導(dǎo)致電池?fù)p壞。 ?

短路保護(hù)

電路通過檢測異常高電流(如超過0.9V)觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，快速切斷放電回路，防止電池因短路引發(fā)過熱或起火風(fēng)險(xiǎn)。 ?

關(guān)鍵元件與工作原理

?保護(hù)IC?：實(shí)時(shí)監(jiān)測電池電壓和電流，當(dāng)檢測到過充(>4.28V)、過放(<2.3V)、過流或短路時(shí)，通過控制MOSFET通斷實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 ?

?MOSFET?：作為功率開關(guān)，在正常狀態(tài)下導(dǎo)通，異常時(shí)由IC信號(hào)控制切斷回路。 ?

?體二極管?：在充電或放電回路被切斷時(shí)，通過體二極管維持反向放電或充電功能。 ?

不同保護(hù)IC的閾值可能略有差異(如過充閾值通常設(shè)為4.28V~4.35V)，具體參數(shù)需根據(jù)電池類型和設(shè)計(jì)要求調(diào)整。

一、保護(hù)電流的概念及作用

鋰電池保護(hù)電路在充電和放電過程中，能夠?qū)﹄姵貭顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，保護(hù)電路中的保護(hù)電流就是其重要的參數(shù)之一。保護(hù)電流是指在電池充電和放電過程中，當(dāng)電流達(dá)到該數(shù)值時(shí)，保護(hù)電路就會(huì)開始工作進(jìn)行保護(hù)。其作用是在充電和放電過程中，當(dāng)電池內(nèi)電流發(fā)生異常時(shí)，及時(shí)切斷電池電路，防止電池過充、過放、短路等情況的發(fā)生，從而確保電池的安全性和使用壽命。

二、保護(hù)電流的測量方法

保護(hù)電流的測量方法主要有兩種：一種是按電路連接方式將電流表連接在鋰電池的負(fù)極和保護(hù)電路的負(fù)極上，讀取電流表上的值就是保護(hù)電流大小;另一種方法是通過檢測路由電壓的變化來確定保護(hù)電流，當(dāng)電池負(fù)極電壓降低到保護(hù)電路中的特定值時(shí)，保護(hù)電路就會(huì)開始工作，此時(shí)電路的電流即為保護(hù)電流。

三、常見問題及解決方案

1、保護(hù)電流過小

當(dāng)保護(hù)電流過小時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電池在使用過程中過度放電，對(duì)電池的壽命造成影響。此時(shí)可以通過更換合適的保護(hù)電路來解決。

2、保護(hù)電流過大

當(dāng)保護(hù)電流過大時(shí)，電池可能會(huì)在充電或放電后出現(xiàn)異常，甚至出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象。此時(shí)需要檢查保護(hù)電路是否正確連接，或更換適合的保護(hù)電路。

3、保護(hù)電路失效

當(dāng)保護(hù)電路失效時(shí)，電池有可能發(fā)生過充、過放、短路等安全問題。此時(shí)需要及時(shí)更換保護(hù)電路或更換電池。

四、正確使用鋰電池保護(hù)電路的方法

1、選用適合的電池保護(hù)電路;

2、在連接電路前檢查連接是否正確;

3、充電時(shí)要使用適合的充電器，不要過度充電;

4、盯緊使用過程中的溫度和電壓變化，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)停止使用;

5、備用電池應(yīng)儲(chǔ)存在陰涼干燥處，并定期進(jìn)行充放電以保持電池狀態(tài)。

電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下：

1 正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO"與“DO"腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。 此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí)，通常小于7μA。

2 過充電保護(hù)

鋰離子電池作為可充電池的一種，要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來越小。 電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。

在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達(dá)到4.28V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“CO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。

在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

3 過放電保護(hù)

電池在對(duì)外部負(fù)載放電過程中，其電壓會(huì)隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。

在電池放電過程中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“DO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。

由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1μA。

在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

4 過電流保護(hù)

由于鋰電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C(C=電池容量/小時(shí))，當(dāng)電池超過2C電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。

電池在對(duì)負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-"腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“DO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護(hù)作用。

在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對(duì)同樣的控制IC，其過電流保護(hù)值越小。

5 短路保護(hù)

電池在對(duì)負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO"腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。

以上詳細(xì)闡述了單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路的工作原理，多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的保護(hù)原理與之類似，在此不再贅述，上面電路中所用的控制IC為日本理光公司的R5421系列，在實(shí)際的電池保護(hù)電路中，還有許多其它類型的控制IC，如日本精工的S-8241系列、日本MITSUMI的MM3061系列、臺(tái)灣富晶的FS312和FS313系列、臺(tái)灣類比科技的AAT8632系列等等，其工作原理大同小異，只是在具體參數(shù)上有所差別，有些控制IC為了節(jié)省外圍電路，將濾波電容和延時(shí)電容做到了芯片內(nèi)部，其外圍電路可以很少，如日本精工的S-8241系列。 除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對(duì)電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。

鋰電池保護(hù)板充電電流限制值的核心答案

1. 典型數(shù)值范圍：

大多數(shù)鋰電池保護(hù)板的充電電流限制值為1C-3C(C為電池容量)。例如：

- 容量為2000mAh的電池，1C對(duì)應(yīng)2A，3C對(duì)應(yīng)6A。

- 參考標(biāo)準(zhǔn)《GB 31241-2014》(中國便攜式鋰電池安全要求)規(guī)定，充電電流不得超過制造商標(biāo)稱值的1.5倍。

2. 專業(yè)數(shù)據(jù)來源：

- 動(dòng)力電池(如電動(dòng)汽車)：通常限制在0.5C-2C(寧德時(shí)代技術(shù)白皮書)。

- 消費(fèi)電子(如手機(jī))：普遍為0.7C-1C(三星SDI公開資料)。

3. 為什么需要限制電流?

- 過大會(huì)導(dǎo)致電芯發(fā)熱、壽命衰減，甚至引發(fā)熱失控。

- 保護(hù)板通過MOSFET控制電流，超限時(shí)會(huì)切斷電路。

影響充電電流限制值的5大因素

1. 電芯化學(xué)體系：

- 三元鋰電池：支持更高電流(如2C-3C)。

- 磷酸鐵鋰(LFP)：通常1C-2C。

2. 保護(hù)板設(shè)計(jì)：

- MOSFET的導(dǎo)通內(nèi)阻(如5mΩ vs 10mΩ)直接影響電流上限。

- TI(德州儀器)的BQ系列芯片常見閾值設(shè)定為3A-10A。

3. 溫度條件：

- 低溫(<0℃)會(huì)降低允許電流，例如降至0.2C。

4. 應(yīng)用場景：

- 電動(dòng)工具：需高倍率放電，充電電流可能放寬至3C。

- 儲(chǔ)能電池：保守設(shè)計(jì)，多為0.5C。

5. 廠商策略：

- 部分品牌(如比亞迪)會(huì)預(yù)留20%余量確保安全。

用戶如何選擇合適的保護(hù)板?

1. 匹配電池參數(shù)：

- 若電芯標(biāo)稱容量為5Ah，選擇支持≥5A充電的保護(hù)板。

2. 關(guān)注保護(hù)閾值精度：

- 優(yōu)質(zhì)保護(hù)板誤差±5%，劣質(zhì)產(chǎn)品可能達(dá)±20%。

3. 實(shí)際案例參考：

- 18650電池(2.5Ah)常用保護(hù)板：充電限流2.5A-5A(來自村田制作所規(guī)格書)。