锂电池保护电流

前言

有人将电池的充放电就像孩子喝母乳一样，十分形象：

1，如果一直让孩子喝，家长不加以控制，那么这个奶可能会被喝光，类似电池过放； 

2，如果家长一直不给孩子喝奶，这个奶就会积攒越来越多，类似电池过充； 

3，如果孩子喝奶喝的急，容易呛奶，类似电池的过电流保护；

对于锂电池，如果不能够科学喂奶、喝奶，除了可能降低电池使用寿命，有时可能会造成电池爆燃、爆炸等危险场景。那么如何控制这种情况发生呢？

通常情况下，在锂电池内部都会有一个专用的保护 PCB 板，与电池单元封装在一起。在它的保护下，可以控制锂电池的输出电压在一个安全电压区间，即电池的充放电终止电压和截止电压。

如果电池的工作电压超出安全范围，就有可能在电池内部发生不可逆转的伤害，导致电池衰减，体现在电池的内阻增加，容量下降。

▲ 带有电池保护板的锂电池

锂电池保护板

在锂电池保护板上通常集成有控制 IC、MOS 管、电阻电容、保险丝 FUSE 等组成，如下图所示。

▲ 常见到的锂电池保护板电路图

图中的两个 N 沟道 MOS 管分别控制充电和放电的通断。并联的二极管是 MOS 管的寄生二极管。

在对外界口中，TH 为温度检测，内部是一个 10K NTC 接到电池负极；ID 是电池在位检测，一般是 47K/10K 电阻接到电阻负极，有的是 0R 电阻；TH 和 ID 均是选配，并不是所有锂电池都有的。

过充保护

当电池充电时，电流从电池包的正极流入，经过 FUSE 后从负极流出，最下方的两个 MOS 管均是导通状态。如下图红色箭头所示方向：

▲ 电池充电时电流方向如箭头所示

充电时，控制 IC X1 会时刻监测第 5 脚 VDD 和第 6 脚 VSS 之间的电压，当这个电压大于等于过充截止电压且满足过充电压的延时时间时，X1 会通过控制第 3 脚来关闭 MOS 管 Q2，Q2 被关闭之后，充电回路被切断（Q2 的体二极管 D2 也是反向截止的），这个时候，电池只能放电。

当下面两个条件满足其一时，便可以解除充电保护：：1，电芯两端的电压下降到保护 IC 的过充恢复电压。2，在电池包得输出端加负载放电，放电到电压小于过充保护电压。

过放保护

电池两端向负载输出电流时，电流按照下图的红色箭头流动。

▲ 电池放电时电流方向如箭头所示

放电池，控制芯片 IC X1 将会通过第 5 管脚检测 C1 上的电压。当这个电压小于放电截止电压后并持续一段时间，控制 IC 将会通过 DO 管脚控制 Q1 截止，此时放电回路被切断。

当下面条件满足时，IC X1 接触过放保护：拿掉负载，给电池包充电，当 VM-VDD 之间的电压达到过放恢复电压值时，控制 IC X1 会重新打开 MOS 管 Q1。

过流 / 短路保护

过流保护则是通过 IC X1 第 2 管脚（VM）检测流经控制 MOS 管电压。如果该电压过大并持续一定时间，控制 IC 将会关闭 Q1，断开放电回路。将输出端负载拿掉，控制 IC 会自动将 Q1 重新打开。

▲ 保护电流为 21A 锂电池保护板

过流保护电压 VM 常常在 0.1 ~ 0.2V，这个数值与 IC 的型号有关。

过流保护数值除了与 VM 有关之外，也和 Q1,Q2 两个 MOS 管的导通电阻有关系。如果 MOS 管的导通内阻越大，保护电流值就越小。

如：内阻为 20mΩ的 MOS 管，选用的过电流值为 0.15V 的控制 IC，那过流保护的电流应为：0.15V/（0.02*2）=3.75A。

控制 IC 失效时 FUSE 保护

有的保护板里面会加上保险丝，在控制 IC 失效之后，起到一个二级保护作用，避免更坏的结果，当然也会增加成本。

▲ 保护电流为 100A 锂电池保护板