如何設(shè)計18650鋰離子電池防護罩?

18650電池在市場上得到了廣泛的應用。目前，鋰離子電池是最受歡迎的電池，而其他的18650電池已經(jīng)逐漸退出市場。那么18650鋰離子電池屏蔽的設(shè)計呢?這款18650鋰離子電池防護罩不是固定的，基本上是定制的電池防護罩。

18650鋰離子電池保護面板

鋰離子電池的保護功能通常是通過保護電路板與PTC等電流器件的配合來完成的。該保護板由電子電路組成，能在-40℃~+85℃準確監(jiān)測電池的電壓和充放電電路的電流，及時控制電流電路的通斷。PTC防止電池在高溫下嚴重損壞。

普通18650鋰離子電池保護板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容和輔助器件熔斷器、PTC、NTC、ID、存儲器等。當一切正常時，控制IC控制MOS開關(guān)，使電池和外部電路可以打開。當電池電壓或電路電流超過規(guī)定值時，它立即控制MOS開關(guān)，以保護電池的安全。

鋰離子電池防護板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，DO、CO為高電平。當對Vdd、Vss和VM的任意參數(shù)進行轉(zhuǎn)換時，DO或CO的水平會發(fā)生變化。

1.正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下，電路中N1的CO和DO引腳均輸出高電壓，且均處于導通狀態(tài)，電池可自由充放電。由于MOSFET的傳導阻抗很小，通常小于30毫歐姆，所以其傳導電阻對電路性能的影響很小。這種狀態(tài)下保護電路的消耗電流為A級，通常小于7a。

2.充保護

鋰離子電池要的充電方式是恒流/恒壓充電。在充電的初始階段，對電池進行恒流充電。在充電過程中，充電電壓會上升到4.2v(根據(jù)不同的陰極材料，有的電池要一個恒定的電壓值4.1v)，電池會以恒定的電壓充電，直到電流變得越來越小。當電池充電時，假如充電器電路失控，電池電壓將超過4.2v，并繼續(xù)以恒流充電。此時，電池電壓將繼續(xù)升高。當電池電壓高于4.3v時，電池的化學副反應會加劇，導致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。在電池保護電路,當控制IC檢測電池電壓為4.28V(價值是由控制IC,不同的集成電路有不同值),公司的腳從高電壓零電壓,V2傳導到關(guān)閉,切斷充電電路,充電器可以不再對電池充電,充保護效果。此時，由于V2體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管將外部負載放電。當控制IC檢測到電池電壓超過4.28v和offV2信號發(fā)出之間也有一個延時時間。延遲時間由C3決定，通常設(shè)置為1秒左右，以防止干擾造成誤判。

3.過放電保護

在電池向外負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程而逐漸降低。當電池電壓降至2.5v時，電池容量完全釋放。此時，假如電池繼續(xù)向負載放電，將對電池造成永久性損傷。電池放電過程中,當控制IC檢測電池電壓低于2.3V,價值是由控制IC,不同的集成電路有不同的值),做的腳從高電壓零電壓V1從傳導到關(guān)閉,切斷放電電路,電池不再能負載放電,放電保護效果。此時，由于體二極管VD1V1的存在，充電器可以通過二極管對電池進行充電。由于電池電壓在過放電保護狀態(tài)下無法再降低，所以要求保護電路的消耗電流非常小。此時控制IC將進入低功耗狀態(tài)，整個保護電路的功耗將小于0.11a。當控制IC檢測到電池電壓低于2.3v與發(fā)送offV1信號之間也存在延時。

4.短路保護

電池放電時，假如電路電流足夠大，使U>0.9v(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)，則判斷控制IC為負載短路。它的做腳將迅速從高壓變?yōu)榱汶妷海筕1從on斷開，從而切斷放電電路，起到短路保護的用途。短路保護具有非常短的延遲時間，通常小于7微秒。其工作原理與過流保護相似，但判斷方法不同，保護延時時間也不同。除了控制集成電路,電路中的另一個重要元素,是一個MOSFET,它扮演一個開關(guān)電路,因為它直接通過在電池和外部負載,因此其傳導阻力影響電池的性能,當選用MOSFET更好,傳導阻力非常小,電池的內(nèi)部電阻小,負載能力強,當時放電消耗更少的電能。

5.過電流保護

由于鋰離子電池的化學特性，電池廠家規(guī)定鋰離子電池的最大放電電流不能超過2C(C=電池容量/小時)。當放電電流超過2C時，會出現(xiàn)永久性的電池損壞或安全問題。電池在正常負載放電的過程中,放電電流經(jīng)過一系列的兩個MOSFET,由于MOSFET的導通阻抗,將兩端出現(xiàn)電壓,電壓U=我*RDS*2,RDS一個MOSFET刺激,阻抗控制IC腳上的V-的測試電壓值,假如負載由于某種原因?qū)е庐惓?使回路電流增大,當大洋流給U>0.1V(價值是由控制集成電路,不同的IC有不同的值)，做腳從高壓零電壓，V1從導通到關(guān)斷，這樣，放電電路被切斷，電路中的電流為零。控制IC檢測到的過流與關(guān)閉V1信號之間也存在延時，延時的長度由C3決定，一般為13毫秒左右，以防止因干擾而誤判。在上述控制過程中，可知過流檢測值的大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的傳導阻抗。當MOSFET的導電阻抗較大時，同一控制IC的過流保護值較小。