▌前言

有人將電池的充放電就像孩子喝母乳一樣，十分形象：

1，如果一直讓孩子喝，家長不加以控制，那么這個(gè)奶可能會(huì)被喝光，類似電池過放；

2，如果家長一直不給孩子喝奶，這個(gè)奶就會(huì)積攢越來越多，類似電池過充；

3，如果孩子喝奶喝的急，容易嗆奶，類似電池的過電流保護(hù)；

對(duì)于鋰電池，如果不能夠科學(xué)喂奶、喝奶，除了可能降低電池使用壽命，有時(shí)可能會(huì)造成電池爆燃、爆炸等危險(xiǎn)場景。那么如何控制這種情況發(fā)生呢？

通常情況下，在鋰電池內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)專用的保護(hù)PCB板，與電池單元封裝在一起。在它的保護(hù)下，可以控制鋰電池的輸出電壓在一個(gè)安全電壓區(qū)間，即電池的充放電終止電壓和截止電壓。

如果電池的工作電壓超出安全范圍，就有可能在電池內(nèi)部發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害，導(dǎo)致電池衰減，體現(xiàn)在電池的內(nèi)阻增加，容量下降。

▌鋰電池保護(hù)板

在鋰電池保護(hù)板上通常集成有控制IC、MOS管、電阻電容、保險(xiǎn)絲FUSE等組成，如下圖所示。

圖中的兩個(gè)N溝道MOS管分別控制充電和放電的通斷。并聯(lián)的二極管是MOS管的寄生二極管。

在對(duì)外界口中，TH為溫度檢測，內(nèi)部是一個(gè)10K NTC接到電池負(fù)極；ID是電池在位檢測，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。

▌過充保護(hù)

當(dāng)電池充電時(shí)，電流從電池包的正極流入，經(jīng)過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)。如下圖紅色箭頭所示方向：

充電時(shí)，控制IC X1會(huì)時(shí)刻監(jiān)測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當(dāng)這個(gè)電壓大于等于過充截止電壓且滿足過充電壓的延時(shí)時(shí)間時(shí)，X1會(huì)通過控制第3腳來關(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。

當(dāng)下面兩個(gè)條件滿足其一時(shí)，便可以解除充電保護(hù)：：1，電芯兩端的電壓下降到保護(hù)IC的過充恢復(fù)電壓。2，在電池包得輸出端加負(fù)載放電，放電到電壓小于過充保護(hù)電壓。

▌過放保護(hù)

電池兩端向負(fù)載輸出電流時(shí)，電流按照下圖的紅色箭頭流動(dòng)。

放電池，控制芯片IC X1將會(huì)通過第5管腳檢測C1上的電壓。當(dāng)這個(gè)電壓小于放電截止電壓后并持續(xù)一段時(shí)間，控制IC將會(huì)通過DO管腳控制Q1截止，此時(shí)放電回路被切斷。

當(dāng)下面條件滿足時(shí)，IC X1接觸過放保護(hù)：拿掉負(fù)載，給電池包充電，當(dāng)VM-VDD之間的電壓達(dá)到過放恢復(fù)電壓值時(shí)，控制IC X1會(huì)重新打開MOS管Q1。

▌過流/短路保護(hù)

過流保護(hù)則是通過IC X1第2管腳（VM）檢測流經(jīng)控制MOS管電壓。如果該電壓過大并持續(xù)一定時(shí)間，控制IC將會(huì)關(guān)閉Q1，斷開放電回路。將輸出端負(fù)載拿掉，控制IC會(huì)自動(dòng)將Q1重新打開。

過流保護(hù)電壓VM常常在0.1 ~ 0.2V，這個(gè)數(shù)值與IC的型號(hào)有關(guān)。

過流保護(hù)數(shù)值除了與VM有關(guān)之外，也和Q1,Q2兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通電阻有關(guān)系。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，選用的過電流值為0.15V的控制IC，那過流保護(hù)的電流應(yīng)為：0.15V/（0.02*2）=3.75A。

▌控制IC失效時(shí)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。

作者：卓晴

來源：TsinghuaJoking