一、鋰電池保護器的定義

鋰電池保護器，也被稱為保護電路板(PCB)，是一種內(nèi)嵌于鋰電池組中的電器元件。它主要由保護IC(集成電路)、MOS管(金屬氧化物半導體場效應晶體管)、電感、電阻、電容以及溫度傳感器等組件構(gòu)成。這些組件協(xié)同工作，為鋰電池提供全方位的保護，確保其在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性。

二、鋰電池保護器的工作原理

鋰電池保護器的工作原理主要基于其內(nèi)部的保護IC和MOS管等電子元件的協(xié)同作用。以下是其工作原理的詳細解釋：

過充保護

當外部充電器對鋰電池進行充電時，保護IC會持續(xù)監(jiān)測電池電壓。一旦電池電壓達到預設(shè)的額定值(通常為4.2V或4.25V，具體取決于電池類型和規(guī)格)，保護IC便會激活過充保護機制。此時，它會控制MOS管由導通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)，從而阻止充電器繼續(xù)向電池充電，防止電池因過度充電而受損。過充保護機制有助于防止電池內(nèi)部壓力升高、溫度上升以及可能引發(fā)的火災或爆炸等安全隱患。

過放保護

在電池放電過程中，保護IC同樣會監(jiān)測電池電壓。當電池電壓下降至預設(shè)的欠壓保護點(通常為2.3V至3V之間，具體取決于電池類型和規(guī)格)時，保護IC會激活過放保護機制。此時，它會控制MOS管切斷電池與負載之間的連接，防止電池因過度放電而損壞。過度放電會導致電池內(nèi)部化學物質(zhì)分解、電池容量下降以及電池壽命縮短等問題。因此，過放保護機制對于延長電池使用壽命具有重要意義。

過流/短路保護

當電池輸出電流過大或電池與外部電路之間出現(xiàn)短路時，保護IC會迅速檢測到這一異常情況。為了防止電池因過大的電流而受損或引發(fā)火災等安全隱患，保護IC會立即激活過流/短路保護機制。此時，它會控制MOS管切斷電池與負載或短路電路之間的連接，從而保護電池免受損害。

溫度保護

部分鋰電池保護器還具備溫度保護功能。當電池溫度過高或過低時，溫度傳感器會檢測到這一異常情況并將信號傳遞給保護IC。保護IC會根據(jù)預設(shè)的溫度閾值判斷是否需要激活溫度保護機制。如果需要，它會控制MOS管切斷電池與外部電路的連接，以防止電池因溫度過高或過低而受損或引發(fā)安全隱患。

三、鋰電池保護器的作用

鋰電池保護器在鋰電池系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。以下是其主要作用的詳細闡述：

延長電池使用壽命

通過提供過充、過放、過流和短路等保護機制，鋰電池保護器能夠顯著延長電池的使用壽命。這些保護機制能夠防止電池因過度充電、過度放電或過大的電流而受損，從而保持電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)的穩(wěn)定。此外，溫度保護功能也有助于防止電池因溫度過高或過低而受損，進一步延長電池的使用壽命。

保障電池安全

鋰電池保護器是保障電池安全的重要組成部分。它能夠及時檢測到電池在充電和放電過程中的異常情況，并采取相應的保護措施。這些保護措施能夠防止電池因異常情況而引發(fā)火災、爆炸等安全隱患，從而確保電池系統(tǒng)的安全性。

提高電池系統(tǒng)的可靠性

鋰電池保護器的存在提高了電池系統(tǒng)的可靠性。它能夠確保電池在正常工作條件下穩(wěn)定地供電，并在異常情況發(fā)生時及時切斷電源，防止電池受損或引發(fā)安全隱患。這種可靠性對于依賴鋰電池供電的設(shè)備來說至關(guān)重要，因為它們需要確保在關(guān)鍵時刻能夠獲得穩(wěn)定的電力供應。

支持電池管理系統(tǒng)的功能

在現(xiàn)代電池管理系統(tǒng)中，鋰電池保護器通常作為其中的一部分發(fā)揮作用。它能夠與電池管理系統(tǒng)中的其他組件協(xié)同工作，共同監(jiān)測和控制電池的充電和放電過程。通過提供準確的電池狀態(tài)信息和保護機制，鋰電池保護器有助于實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的智能化和自動化。

適應不同應用場景的需求

鋰電池保護器具有廣泛的適用性，能夠滿足不同應用場景的需求。例如，在電動汽車、電動自行車等交通工具中，鋰電池保護器能夠確保電池在高速行駛和復雜路況下保持安全和穩(wěn)定;在便攜式電子設(shè)備中，鋰電池保護器能夠延長設(shè)備的續(xù)航時間和使用壽命;在儲能系統(tǒng)中，鋰電池保護器能夠確保電池在長時間存儲和放電過程中保持安全和穩(wěn)定。

四、鋰電池保護器的失效原因與預防措施

盡管鋰電池保護器在電池系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但它也有可能失效。以下是一些常見的失效原因以及相應的預防措施：

電池電壓偏差

電池電壓偏差可能導致保護IC無法準確判斷電池的充電和放電狀態(tài)，從而引發(fā)保護失效。為了預防這種情況的發(fā)生，應定期對電池進行電壓校準和檢測，確保電池電壓的準確性。

誤操作

誤操作(如錯誤地連接充電器或負載)可能導致保護IC無法正常工作或觸發(fā)錯誤的保護機制。為了避免這種情況的發(fā)生，應在使用前仔細閱讀產(chǎn)品說明書并遵循正確的操作步驟。

過大負載

當電池承受過大的負載時，可能會導致MOS管過熱或損壞，從而引發(fā)保護失效。為了預防這種情況的發(fā)生，應確保電池在正常工作范圍內(nèi)承受負載，并避免長時間處于高負載狀態(tài)。

電路板損壞

電路板損壞(如元件脫落、線路斷裂等)可能導致保護IC無法正常工作或與其他組件之間的連接中斷。為了預防這種情況的發(fā)生，應定期對電路板進行檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)并修復潛在的問題。

溫度影響

高溫或低溫環(huán)境可能影響保護IC和MOS管等電子元件的性能和穩(wěn)定性，從而引發(fā)保護失效。為了預防這種情況的發(fā)生，應確保電池在適宜的溫度范圍內(nèi)工作，并避免長時間暴露在極端溫度環(huán)境中。

鋰電池過度保護原理，鋰電池保護板的工作原理。鋰離子電池供電設(shè)備的安全性是人們目前最為關(guān)注的問題，所以對其的保護就非常重要。鋰電池保護板可以保護鋰電池防止出現(xiàn)過充電、過放電或短路所引起的大電流放電。

鋰電池過度保護原理

鋰離子電池的保護電路是由保護IC及兩顆功率MOSFET所構(gòu)成，其中保護IC監(jiān)視電池電壓，當有過度充電及放電狀態(tài)時切換到以外掛的功率MOSFET來保護電池，保護IC的功能有過度充電保護、過度放電保護和過電流/短路保護。

一、過度充電保護

過度充電保護IC的原理為：當外部充電器對鋰電池充電時，為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時，保護IC需檢測電池電壓，當?shù)竭_4.25V時(假設(shè)電池過充點為4.25V)即激活過度充電保護，將功率MOSFET由開轉(zhuǎn)為切斷，進而截止充電。

另外，還必須注意因噪音所產(chǎn)生的過度充電檢出誤動作，以免判定為過充保護。因此，需要設(shè)定延遲時間，并且延遲時間不能短于噪音的持續(xù)時間。

二、過度放電保護

在過度放電的情況下，電解液因分解而導致鋰電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低。采用鋰電池保護IC可以避免過度放電現(xiàn)象產(chǎn)生，實現(xiàn)電池保護功能。

過度放電保護IC原理：為了防止鋰電池的過度放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低于其過度放電電壓檢測點(假定為2.3V)時將激活過度放電保護，使功率MOSFET由開轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免鋰電池過度放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式，此時的電流僅0.1μA。

鋰電池保護板的工作原理

鋰電池保護板原理作為鋰電芯的安全保護器件，既要在設(shè)備的正常工作電流范圍內(nèi)，能可靠工作，又要在當電池被意外短路或過流時能迅速動作，使電芯得到保護。在鋰電池保護板原理正常的情況下，Vdd為高電平，Vss,VM為低電平，DO、CO為高電平，當Vdd,Vss,VM任何一項參數(shù)變換時，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。

鋰電池保護板根據(jù)使用IC,電壓等不同而電路及參數(shù)有所不同，保護板有兩個核心部件：一塊保護IC，它是由精確的比較器來獲得可靠的保護參數(shù);另外是MOSFET串在主充放電回路中擔當高速開關(guān)，執(zhí)行保護動作。

我們使用的鋰電池其實是由內(nèi)部幾個小的鋰電池并聯(lián)在一塊所組成的。在內(nèi)部鋰電池的縫隙間有幾塊像塑料一樣的板將它們隔開。這幾塊小塑料一樣的板其實是鋰電池保護板。其實鋰電池保護板并不是由塑料構(gòu)成的。

鋰電池保護板為什么能保護鋰電池?

1.鋰離子電池在電壓到4.2V時，如果繼續(xù)充電，正極結(jié)構(gòu)會部分坍塌，永久性的損失容量，如果仍繼續(xù)充電，容易產(chǎn)生枝晶，刺破隔膜，導致電芯正負極短路，進而引發(fā)燃燒爆炸;

2.鋰離子電池在電壓低到2.4V時，部分材料會被動損壞，如果繼續(xù)放電，既會造成容量的損失，更會造成壽命的損失。一般深度放電到2.75V就截止，而3V到2.75V只占3%，所以一般都做到3V保護;

3.鋰離子比較活躍，如果溫度過高，會大大降低電池的壽命;

4.電流也會對電芯產(chǎn)生影響，比如放電時電流過大，正負極發(fā)生反應時序混亂，容易導致類似于過充電壓，產(chǎn)生枝晶，造成報廢。

基于以上四點，保護板需要做到充放電電壓保護，電流保護，溫度保護等;做到以上幾點保護板自然就能對鋰電池產(chǎn)生保護。