目前市面上的電池不管是磷酸鐵鋰電池，三元電池，還是鈦酸鋰電池都離不開電池保護(hù)板，有人問為什么要用保護(hù)板呢？不用保護(hù)板不是能省很多錢嗎？有這樣想的客戶也不奇怪，因?yàn)樗麄儾欢囯姵?，不了解電池的特性，要是了解了鋰電池你就?huì)覺得這個(gè)錢不能省，這是保證電池產(chǎn)品安全的最后一道防線。

　　鋰電池近幾年來飛速發(fā)展，國家也大力支持新能源領(lǐng)域的的開發(fā)，雖然發(fā)展近百年了，目前還暫時(shí)沒有材料能夠保證電池不起火不爆炸，都還需要加個(gè)保護(hù)板來保護(hù)電池過充、過放、過流以及短路，來實(shí)現(xiàn)電池的安全性，為什么鋰電池這么怕過充過放呢？原因在于在過度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而發(fā)生自燃或破裂的危險(xiǎn)；反之，在過度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，從而降低可充電次數(shù)。鋰離子電池的保護(hù)電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態(tài)時(shí)的安全性，并防止特性劣化。

　　鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率MOS所構(gòu)成，其中保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓，當(dāng)有過度充電及放電狀態(tài)時(shí)切斷到以外掛的功率MOS來保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過度充電保護(hù)、過度放電保護(hù)和過電流及短路保護(hù)（如圖1所示）。

　　過充保護(hù)：當(dāng)充電器再給電池充電充電時(shí)，充電的電流流向是從P+   B+   B-   P-(如圖2所示)，IC一直在檢測(cè)電池的電壓，當(dāng)電池電壓上升到4.28V±50mV時(shí)持續(xù)120ms,控制IC就會(huì)在CO口輸出一個(gè)低電平，正常情況下CO口是輸出一個(gè)高電平，高電平變低電平從而把MOS關(guān)斷，切斷充電回路，防止電池繼續(xù)充電，（如圖3所示），切斷回路后，因?yàn)槌潆娛歉〕涞?，所以?dāng)沒有充電電流后，電池電壓會(huì)下降，當(dāng)這時(shí)接負(fù)載放電，電池電壓下降到過充恢復(fù)電壓4.08V±50mV時(shí)，CO會(huì)輸出一個(gè)高電平，把充電MOS管打開，如果這時(shí)再接入充電器又可以繼續(xù)充電，有些人可能會(huì)有些疑問？剛才不是說充電MOS管關(guān)閉了嗎？回路已經(jīng)切斷了怎么還能放電呢？其實(shí)這是MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題，MOS內(nèi)部有個(gè)體二極管，二極管的方向跟MOS管的導(dǎo)通方向是相反的，同時(shí)放電的回路和充電的回路電流是相反的，放電的時(shí)候，電流從充電MOS管的體二級(jí)管流過，從而能夠做到過充之后還能夠繼續(xù)放電，但是設(shè)計(jì)上要處理好這個(gè)問題，因?yàn)轶w二級(jí)管流過的電流是有限的，不能長時(shí)間大電流放電，否則會(huì)燒壞充電MOS管，所以在電池設(shè)計(jì)保護(hù)板的時(shí)候要考慮好電池的容量，負(fù)載能力，以及IC的電壓保護(hù)和恢復(fù)參數(shù)，否則很容易造成設(shè)計(jì)缺陷，造成產(chǎn)品不良，存在安全隱患。

　　過放保護(hù)：當(dāng)電池給設(shè)備供電時(shí)，放電電流流向是從B+   P+   P-   B-(如圖4所示)，IC在放電過程中會(huì)一直在檢測(cè)電池的電壓，當(dāng)電池電壓下降到2.4V±100mV持續(xù)60ms以上時(shí),控制IC就會(huì)在DO口輸出一個(gè)低電平，正常情況下DO口是輸出一個(gè)高電平，高電平變低電平從而把MOS關(guān)斷，切斷放電回路，防止電池繼續(xù)放電，（如圖5所示），切斷回路后，，沒有放電電流后，電池電壓會(huì)回升，接充電器或者電池電壓回升到過放恢復(fù)電壓3.0V±100mV時(shí)，DO會(huì)輸出一個(gè)高電平，把放電MOS管打開，為什么關(guān)斷放電MOS之后還能接充電器充電，原理跟上面充電MOS一樣，充電電流與放電電流是相反的，而且電流經(jīng)過的是MOS管內(nèi)部的體二極管，所以能夠充電。

　　過流、短路保護(hù)：過流和短路保護(hù)意義在于保護(hù)電池大電流放電，大電流放電容易損壞電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以出現(xiàn)大電流放電時(shí)要切斷放電回路，即保護(hù)了電池也保護(hù)了PCB線路，短路也是大電流放電的一種，在客戶使用不當(dāng)或者主控板失效的情況出現(xiàn)大電流和短路的情況，保護(hù)板能夠及時(shí)切斷回路，保證產(chǎn)品在安全的使用范圍。保護(hù)的原理是IC內(nèi)部有一個(gè)固定的過流檢測(cè)電壓0.15V和一個(gè)短路保護(hù)電壓1.3V，當(dāng)電流流過MOS,MOS管存在阻抗，MOS管兩端就會(huì)產(chǎn)生壓降，電流越大壓降越大，根據(jù)U=I*R來計(jì)算，例如流經(jīng)MOS管電流是5A,MOS管的阻抗是50mR,那么MOS產(chǎn)生的壓降為0.25mV,IC內(nèi)部有個(gè)比較器，當(dāng)電壓大于設(shè)定的0.15V持續(xù)10ms以上，DO輸出從高電平變成低電平，切斷放電回路。

　　綜上分析，目前材料體系下，電芯離不開保護(hù)板，保護(hù)板能夠保護(hù)電芯安全運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不能為了省這點(diǎn)成本，讓電芯失去保護(hù)的功能，如果就是因?yàn)閹酌X的成本，造成電芯起火爆炸，那么造成的損失不是省下來的這點(diǎn)錢能補(bǔ)償回來的，切勿因小失大。

　　友飛翔電子工程師 劉工

　　2019-11-26