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，那么這個奶可能會被喝光，類似電池過放； 

2，如果家長一直不給孩子喝奶，這個奶就會積攢越來越多，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；

對于鋰電池，如果不能夠科學(xué)喂奶、喝奶，除了可能降低電池使用壽命，有時可能會造成電池爆燃、爆炸等危險場景。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)部都會有一個專用的保護 PCB 板，與電池單元封裝在一起。在它的保護下，可以控制鋰電池的輸出電壓在一個安全電壓區(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。

▲ 帶有電池保護板的鋰電池

鋰電池保護板

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

▲ 常見到的鋰電池保護板電路圖

圖中的兩個 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。

在對外界口中，TH 為溫度檢測，內(nèi)部是一個 10K NTC 接到電池負極；ID 是電池在位檢測，一般是 47K/10K 電阻接到電阻負極，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

當(dāng)電池充電時，電流從電池包的正極流入，經(jīng)過 FUSE 后從負極流出，最下方的兩個 MOS 管均是導(dǎo)通狀態(tài)。如下圖紅色箭頭所示方向：

▲ 電池充電時電流方向如箭頭所示

充電時，控制 IC X1 會時刻監(jiān)測第 5 腳 VDD 和第 6 腳 VSS 之間的電壓，當(dāng)這個電壓大于等于過充截止電壓且滿足過充電壓的延時時間時，X1 會通過控制第 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），這個時候，電池只能放電。

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

過放保護

電池兩端向負載輸出電流時，電流按照下圖的紅色箭頭流動。

▲ 電池放電時電流方向如箭頭所示

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

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

過流 / 短路保護

過流保護則是通過 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)一定時間，控制 IC 將會關(guān)閉 Q1，斷開放電回路。將輸出端負載拿掉，控制 IC 會自動將 Q1 重新打開。

▲ 保護電流為 21A 鋰電池保護板

過流保護電壓 VM 常常在 0.1 ~ 0.2V，這個數(shù)值與 IC 的型號有關(guān)。

過流保護數(shù)值除了與 VM 有關(guān)之外，也和 Q1,Q2 兩個 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，那過流保護的電流應(yīng)為：0.15V/（0.02*2）=3.75A。

控制 IC 失效時 FUSE 保護

有的保護板里面會加上保險絲，在控制 IC 失效之后，起到一個二級保護作用，避免更壞的結(jié)果，當(dāng)然也會增加成本。

▲ 保護電流為 100A 鋰電池保護板