18650鋰電池的保護板怎么設計

18650鋰電池行業應用化相對比較廣泛，目前主要流行的是18650鋰離子電池，其他種類的18650電池早已開始漸漸地撤出市場。那么18650鋰電池保護板怎么設計?這個18650鋰電池保護板不是固定不動的，基本上是定制類的電池保護板。

鋰電池的保護功能一般而言由保護電路板和PTC等電流器件協同工作進行，保護板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環境下時刻準確的監視電芯的電壓和充放控制回路的電流，及時性控制電流控制回路的通斷;PTC在高溫環境下避免 電池發生惡劣的損壞。

普通18650鋰電池保護板一般而言包括控制IC、MOS電源開關、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS電源開關通斷，使電芯與外電路通斷，而當電芯電壓或控制回路電流超出標準值時，它立刻控制MOS電源開關關斷，保護電芯的安全。

在鋰電池保護板正常情況下的情況下，Vdd為高電平，Vss，VM為低電平，DO、CO為高電平，當Vdd，Vss，VM任何一項參數變換時，DO或CO端的電平將產生變化。

1、正常情況下狀態

在正常情況下狀態下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于通斷狀態，電池可以自由地進行充電和放電，考慮到MOSFET的通斷阻抗比較小 ，一般而言小于30毫歐，因此其通斷電阻對電路的性能指標影響比較小 。此狀態下保護電路的消耗電流為μA級，一般而言小于7μA。

2、過充電保護

鋰離子電池規定要求的充電方式為恒流電源/恒壓，在充電初期，為恒流電源充電，隨著充電整個過程，電壓會上升到4.2V(根據正極材料不同，有的電池規定要求恒壓值為4.1V)，轉變成恒壓充電，直至電流越來越小。電池在被充電整個過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超出4.2V后繼續恒流電源充電，此時電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超出4.3V時，電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現安全問題。在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，其“CO”腳將由高電壓轉變為零電壓，使V2由通斷轉變成關斷，從而切斷了充電控制回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。而此時考慮到V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外界負載進行放電。在控制IC檢測到電池電壓超出4.28V至發出關斷V2信號之間，也有每段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，一般而言設為1秒左右，以避免出現因干擾而造成誤判斷。

3、過放電保護

電池在對外界負載放電整個過程中，其電壓會隨著放電整個過程慢慢地降低，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續對負載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電整個過程中，當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓，使V1由通斷轉變成關斷，從而切斷了放電控制回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。而此時考慮到V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。考慮到在過放電保護狀態下電池電壓不能再降低，因此規定要求保護電路的消耗電流極小，此時控制IC會進入低功耗狀態，整個保護電路耗電會小于0.1μA。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發出關斷V1信號之間，也有每段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，一般而言設為100毫秒左右，以避免出現因干擾而造成誤判斷.

4、短路保護

電池在對負載放電整個過程中，若控制回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉變為零電壓，使V1由通斷轉變成關斷，從而切斷放電控制回路，起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短，一般而言小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣。除了控制IC外，電路中還有一個重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著電源開關的作用，考慮到它直接串接在電池與外部負載之間，因此它的通斷阻抗對電池的性能指標有影響，當選用的MOSFET較好時，其通斷阻抗比較小 ，電池包的內阻就小，帶載能力也強，在放電時其消耗的電能也少。

5、過電流保護

考慮到鋰離子電池的化學特性，電池生產廠家規定了其放電電流最大不能超出2C(C=電池容量/小時)，當電池超出2C電流放電時，將會導致電池的永久性損壞或出現安全問題。電池在對負載正常情況下放電整個過程中，放電電流在經過串聯的2個MOSFET時，考慮到MOSFET的通斷阻抗，會在其兩端產生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2，RDS為單個MOSFET通斷阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因導致異常，使控制回路電流增大，當控制回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓，使V1由通斷轉變成關斷，從而切斷了放電控制回路，使控制回路中電流為零，起到過電流保護作用。在控制IC檢測到過電流發生至發出關斷V1信號之間，也有每段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，一般而言為13毫秒左右，以避免出現因干擾而造成誤判斷。在上述控制整個過程中可知，其過電流檢測值大小不但取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的通斷阻抗，當MOSFET通斷阻抗越大時，對同樣的控制IC，其過電流保護值越小。

18650鋰電池保護板設計注意事項：

1、過充電檢出電壓：在一般而言狀態下，Vdd慢慢地提升至CO端由高電平變為低電平時VDD-VSS間電壓。

2、過充電解除電壓：在充電狀態下，Vdd慢慢地降低至CO端由低電平變為高電平時VDD-VSS間電壓。

3、過放電檢出電壓：一般而言狀態下，Vdd慢慢地降低至DO端由高電平變為低電平時VDD-VSS間電壓。

4、過放電解除電壓：在過放電狀態下，Vdd慢慢地上升到DO端由低電平變為高電平時VDD-VSS間電壓。

5、過電流1檢出電壓：在一般而言狀態下，VM慢慢地升至DO由高電平變為低電平時VM-VSS間電壓。