锂电池(组)元件解锂电池电子元器件读表

作者: 来源: 发布时间: 2019-11-02 13:17 字号:【

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  锂电池(组)元件解读 锂电池(组)元件组成 电池保护板主要有以下元件组成: 元器件 保护IC 场效应管 NTC PTC 贴片电阻 贴片电容 功能 检测保护电池当前电压、电流、时间等参数以此 来控制场效应管开关状态 起开关作用 检测电池内的环境温度 防止电池高温放电和不安全的大电流发生,控制 电池回路 限流 滤波和调节延迟时间 保护板作用: 可充电锂电芯之所以需要保护,是由它本身特性所决 定的。由于锂电芯的材料决定了它不能被过充、过放、过 流、短路和高温充放电,因此锂电池总是由一个或多个锂 电芯和一块保护板所组成。锂电池的保护功能通常由保护 板和PTC等电流器件协同完成。保护板由电子电路组成, 在-20℃到+60℃的环境下时刻准确地监控着锂电芯的充 放电压和回路电流,即时控制电流回路的通断;PTC在高 温环境下防止电池发生恶劣损坏。保护电路还会采用 FUSE来做二次保护,在保护IC、MOS失效的情况下,起 短路、过流作用。 典型的单节保护电路原理图: 工作状态说明: 1、正常状态:IC的电源电压介于过放电保护电压VDET2和 过充电保护电压VDET1之间,DOUT端和COUT端的输出皆为 高电平,充、放电MOSFET处于导通状态,电池充放电 都可进行; 2、过放电状态:充电时,若电池电压升高使VDD≥VDET1, 经过TVDET1的延时后,COUT端变成低电平,将充电控制 MOSFET关断,停止充电; 3、过充保护解除条件:当VDD降低至过充电解除电压 VREL1以下(不接负载)或VDD降低至过充电关断电压 VDET1以下(加上负载),即可恢复到可充电状态; 4、过放电状态:当电池放电至电压≤TVDET2的延时后, DOUT端变成低电平,控制放电控制MOSFET关断,停止 电池向负载放电。充电电流仍可通过二极管流通。 5、过放保护解除条件:当VDD上升至过放解除电压VREL2 以上(不接充电器)或VDD上升至守放电关断电压VDET2 以上( 接充电器),即可恢复到可放电状态; 6、过流保护:在放电时,因负载变化导致放电电流变 化,放电电流增大时V-的电压会升高,当V-≥VDET3, 并且经过TVDET3的延时后,DOUT端的输出变为低电平, 关断放电回路。解除过流状态后,使V-VDET3电路恢复 正常。 7、短路保护:短路保护与过流保护相似,不同的是 TSHORT远小于TVDET3,VSHORT远大于VDET3。当发生短路时V迅速增大,当V-≥VSHORT且经过VSHORT后,DOUT端出变为 低电平,关断回路。解除短路状态后,使V-VSHORT 电路恢复正常。短路峰值电流取决于充放电MOSFET导 通电阻和PCB布线电阻及VSHORT。 注:VDET1—过充电检测电压;VDET2—过放电检测电压; TVDET1—过充电检测延时;TVDT2—过放电检测延时; VDET3—过电流检测电压;TVDET3—过电流检测延时; V-—保护IC的V-脚对VSS脚的压降;VSHORT—短路保护 检测电压;TSHORT—短路保护检测延时。 过流值的计算 依据公式I=U/R U——保护IC的过电流检测电压(定值); R——保护电路中从B-到P-间的内阻值,具体来说是 保护IC第六脚与R2外接B-、P-处的内阻。如图所 示红线部分 例如:一个保护IC的过电流 检测电池是0.2V,R≈40m? (MOS内阻以3.8V左右估算) 则过电流I=0.20V/40m?=5A 注:实际应用中需考虑MOS 管的内阻会随电压变化而变化。 工作过程说明: 1、充电过程 接上充电器,充电器流经P+、保护器对电芯充电, 经MOS管、P-回到充电器,随着充电不断时行电芯电 压逐步上升。当电芯电压上升到VDET1,保护IC通过 VDD、VSS检测到此电压,经过TVDET1的延迟后,COUT 端变成低电压,充电MOS管关断,充电截止。 注:当VDD电压至过充解除电压 VREL1或者VDD降低至过充电关断电 压VDET1以下(加上负载),即可 恢复到可充电状态。 2、放电过程 当输出端接上负载,电芯经保护器、P+对负载放电,放电 电流对比度P-、MOS管回到电芯。随着放电不断进行电芯电压逐 步TVD下ET2降的。延当时电后芯,电DO压UT端下就降低到电VD平ET2,,放保电护MIOCS检管测关到断此,电放压电,截经止过。 注:(1)对无休眠功能的IC:当 VDD电压上升至过放解除电压 VREL2以上或VDD电压上升至放 放关断电压VDET2以上,即可 恢复到可放电状态; (2)对有休眠功能的IC:需接 充电器且VDD电压上升至过放 电关断电压VDD以上,才要恢复 到可放电状态。 3、过电流过程 检 D放O测U电T的端过电变程压成占达低负到电载平V变D,化ET放3,时电当,M负经O载过S电关TV流断DE过T,3的大过延,电时I流C后的截,V止-端。 4、短路保护过程 当P+、P-短路,回路中的电流急剧增大,IC的V- 端检测的电压达到VSHORT时, 经过TSHORT的延时后,DOUT端 变成低电平,放电MOS管关断, 进入短路保护状态。 注:当过流、短路解除后电路即可 恢复正常。 失效模式分析 1、R1短路:(1)保护IC仍能工作; (2)当MOS管GS间漏流较大时,流过IC电流增大而损坏IC。 R1天足:保护IC不工作,保护电路失效。 2、C1短路:(1)VDD=VSS,IC不工作,保护电路失效; (2)电池自放电加快。 C1开路:保护电路能工作,但当充电电压不稳定时会造成IC误 动作。 3、R2短路:(1)仍有过流,短路保护; (2)过流、短路后容易进行休眠模式(会对有休眠功能的IC) (3)逆向充电时易击穿MOS管、IC; (4)ESD功能降低 R2开路:(1)无过流、短路保护; (2)无过充保护功能(过充MOS管不动作) 4、C2短路:(1)无过流短路保护功能; (2)无过充、过放保护功能。 C2开路:过流、短路后即进行休眠模式 5、MOS管:(1)短路:无保护功能; (2)开路:充放电不能进行; 6、保护器:短路:无保护功能; 开路:电路不工作。 多节保护电路 1、二串保护电路: 2、三串保护电路 3、四串保护电路 附加功能保护电路 1、识别、温度检测功能 2、振动、容量测试功能 3、加充电电路 一、保护IC 保护IC:信号采集及检测,在电路中控制MOS,在电芯过充、过放、过流 和短路时,给MOS信号来控制MOS。保护IC的PIN脚定义以精工IC为例,如 下: 保护IC内部电路图 保护IC主要参数:(单节保护IC和多节保护IC) 1、封装 2、过充保护检测电压 3、过充释放电压 4、过放电压 5、过放释放电压 6、过电流检测电压 7、耐压 精工S8261、理光R5402N、美之美MM3511和富晶DW01+对比 目前市场上正常使用的的保护IC有以下几类: 1、日系: 精工 S8261系列(单节);S8232、 S8242、S8252等 (双节);S8254(3/4节) 理光R5402N系列(单节);R5460N(双节); 2、韩系: 美之美MM3077、MM3280H系列、MM3511等(单节); MM1414(3/4节) ITM:MP26A等 2、台系: 富晶DW01+、DW01A、FS312F、FS326系列等 ; 新德CS213系列; 宏康HY2112系列; 3、国产: 中星微VA7021系列; 士兰微SC451系列; 南科DW01 常用单节保护IC参数对照表 规格型号 精工S8261G2GT2G 工作电压 1.8-5V 过充检测 过放检测 过电流检测电 电压 电压 压 4.28V 2.30V 0.16V 精工S8261G3JT2G 1.8-5V 4.28V 3.00V 0.08V 精工S8261G2NT2G 理光 R5402N163KD 理光 R5402N101KD 理光 R5402N110KD 美之美 MM3511A66Y 美之美 MM3280HBJ3 美之美 3280H01NRH 1.8-5V 1.5-5V 1.5-5V 1.5-5V 1.5-5V 1.5-5V 1.5-5V 4.275V 4.28V 4.25V 4.28V 4.28V 4.375V 4.275V 2.30V 3.00V 2.50V 2.30V 3.00V 2.80V 3.00V 0.10V 0.10V 0.20V 0.125V 0.075V 0.15V 0.15V 富晶DW01+ 1.5-5V 4.30V 2.40V 0.10V 0V充 电功能 封装 工作温度 工作实例 能 SOT-23-6 -40—+85℃ 好记星N808等 好记星P1100、 能 SOT-23-6 -40—+85℃ P1200,步步高 T900等 能 SOT-23-6 -40—+85℃ 好记星V88等 能 SOT-23-6 40—+85℃ 步步高H600S等 能 SOT-23-6 40—+85℃ 能 SOT-23-6 40—+85℃ 中泰盛J09等 能 SON6C 40—+85℃ BTS-3649135等 能 SOT-23-6 40—+85℃ 欧新V5等 能 SOT-23-6 40—+85℃ 天珑项目 能 SOT-23-6 40—+85℃ 欧新V70、V708 等 常用双节保护IC参数对照表 规格型号 工作电 过充检测 过放检测 压 电压 电压 过电流检 测电压 0V充电 功能 封装 工作温度 工作实例 精工S8232AAFTT2G 精工S8242AAAB6T1 精工S8252AAAM6T1 2-16V 2-16V 2-16V 4.25V 4.325V 4.28V 2.4V 2.2V 2.0V 0.15V 0.20V 0.20V 理光R5460N207AE 1.5-10V 4.30V 2.3V 0.20V 理光R5460N208AF 1.5-10V 4.25V 2.4V 0.20V 3节/4节保护IC参数对照表 能 能 不能 能 能 8pin TSSOP SOT-23-6 -40—+85℃ -40—+85℃ 中泰盛手持机电 池 SOT-23-6 SOT-23-6 SOT-23-6 -40—+85℃ -40—+85℃ -40—+85℃ 中泰盛J01 中泰盛E1001、 E1002 中泰盛J02 规格型号 工作电 过充检测 过放检测 压 电压 电压 过电流检 测电压 0V充电 功能 封装 工作温度 工作实例 精工S8254AAFT 2-24V 4.35V 2.00V 0.30V 能 16pin TSSOP -40—+85℃ 精工S8254AANT 2-24V 4.25V 2.5V 0.10V 能 16pin TSSOP -40—+85℃ 中泰盛、宏矩样品 二、场效应管 1、概述:场效应管是场效应晶体管的简称,是电压控 制元件,缩写为FET。 2、类型:有N沟道和P沟道两种 N沟道:高电平导通; P沟道:低电平导通。 3、基本参数: 耐压:VDSS、VGSS 耐流: ID(DC)、ID(PULSE) 内阻: RDS(on) 封装:SO-8、TSSOP-8、 6IP、ECH8 4、场效应管与三极管的区别: 场效应管:电压控制器件,内阻小、耗电低、电流可 双向流动; 三极管:电流控制器件,内阻大,耗电较大,电流不 可双向流动。 5、N沟道场效应管和P沟道场效应管对比: N沟道高电平导通,内阻较小,价格较低; P沟道低电平导通,内阻较大,价格较高。 6、内阻:指场效应管导通D、S时之间的阻抗,VGS电压 越高,内阻越低;ID电流越大时,内阻越高。 7、保护电路中,单双节保护电路通常使用N沟道场效应 管,多节保护电路通常使用P沟道场效应管。 8、目前常用的道场效应管有: A、日系:三洋ECH8601、ECH8655、FTD2017系列;松下 MTMC8E2A; B、美系:AOS的AO系列,目前用量较大; C、台系:富晶FS8205、FS8601系列; 茂达8205系列; D、国产:三合微8205系列 硅能SSF2816、DW01系列 韦尔WNMD2158 9、AO系列、三洋ECH8601、ECH8655、DA2017系列;松 下MTMC8E2A、富晶FS8205对比 常用MOSFET参数对照表 规格型号 工作电压 耐压值 耐流值 内阻 ESD额定值 AO8810 1.8-4.5V 20V 7A 20-32m? 2000V HBM AO8820 1.8-10V 20V AO8830 1.8-10V 20V AO9926 1.8-4.5V 20V AO3401 2.5-10V 30V 三洋 ECH8601 1.3-10V 20V 三洋 ECH8655 1.8-10V 24V 三洋 FTD2017 1.8-10V 20V 松下 MTMC8E2A 1.8-10V 20V 富晶 FS8205 1.8-10V 20V 7A 6A 8A 4.2A 7A 9A 5A 5A 4A 21-50m? 2000V HBM 27-55m? 2000V HBM 21-33m? 2000V HBM 50-120m? 2000V HBM 23-35m? 2000V HBM 17-26m? 2000V HBM 17-29m? 2000V HBM 19-21m? 2000V HBM 23-30m? 2000V HBM 硅能 1.8-10V 20V 7A 23-30m? 2000V HBM 封装 TSSOP-8 TSSOP-8 TSSOP-8 SOIC-8 SOT-23 ECH8 工作、储存温度 -55℃—150℃ -55℃—150℃ -55℃—150℃ -55℃—150℃ -55℃—150℃ 工作实例 好记星N808、 N818 中泰盛J02 中泰盛DAV02 中泰盛E1001 / -50℃—150℃ 步步高T900 ECH8 -50℃—150℃ / TSSOP-8 -55℃—150℃ / WMini8-F1 -55℃—150℃ TSSOP-8、 -55℃—150℃ SOT23-6 TSSOP-8 -55℃—150℃ 步步高H600S 欧新V70、V708 三、NTC(热敏电阻) 1、NTC电阻即负温度系数电阻,在环境温度升高 时,阻值降低,使用电设备或充电设备及时反应,控 制内部中断而停止充、放电。 2、在保护电路中的工作原理: 当电池工作时,异常导致电芯温度或者电池周边 环境温度上升很快,而NTC电阻紧贴电芯监测电芯温 度,随着电芯温度上升,NTC阻值逐渐下降,使用电 设备CPU发现这个变化,当阻值下降到设定值时,主 机即发出关机指令,让电池停止对其供电,只维持很 小的待机电流,达到保护电池的目的。 3、NTC基本参数:封装尺寸、阻值、允许偏差、B 常数、B值偏差等。 4、NTC阻值随温度呈非线性变化,以村田 NCP18XH103J03RB为例,如下图: R=R0expB(1/T-1/T0) R:周围温度T时的电阻值 R0:周围温度T0时的电阻值 B:热电阻的B常数 5、NTC阻值说明,以村田 NCP18XH103J03RB为例: 四、PTC 1、说明:PTC采用高分子材料聚合物通过严格的工艺制 成,由聚合物树脂基本及分布在里面的导电粒子组成, 导电粒子在树脂中构成链状导电通路,PTC表现为低 阻抗,电路中有过流发生时,流经聚合物自恢复保险 丝的大电流产生的热量足以使聚合物树脂基体融化, 体积膨胀,因而切断了导电粒子形成的链状导电通路, 导致聚合物自复保险丝的阻抗迅速升高,而起到对电 路和过渡保护作用,故障排除后,树脂重新冷却结晶, 体积收缩,导电粒子重新形成导电通路,PTC恢复为 低阻抗,因此有人称它为可恢复保险丝。 2、PTC在电池保护电路中的示图: PTC串联在电路中,正常情况下呈现极低的电阻, 当电路出现故障导致电流异常增大(比如短路、外来 高压冲击等)时,则会在很短时间内(1-2秒)产生 内部高温而转变成较大的电阻(阻值随电压不同而不 同),把电路电流限制在一个极小值,通常叫切断, 而当故障解除后,其阻值又会自动恢复到初始状态, 保证电路正常工作。 五、贴片电阻 基本参数:封装、额定功率、阻值、允许偏差 1、封装:表示电阻的尺寸大小,有两种表示方法 (1)EIA(美国电子工业协会)代码:以英寸为 单位,用4位数字表示长和宽,前两位表示长,后两 位表示宽; (2)米制代码“以毫米为单位,也是用4位数字 表示长和宽。 2、功率:表示通过电流的能力,P=I*R 3、阻值:贴片电阻表面上常用三位数字阻值,其中第 一、二位为有效数字,第三位数字表示倍率——即有 效数字。有小数点时用“R”来表示,并占一位有效 数字。 如:103表示10*103=10K?; 471表示47*101=470? 2R2表示2.2? 另:如用四位数字表示阻值时,前三位为有效数字, 第四位表示倍率。 4、允许偏差: B档表示±0.1%; D档表示±0.5%;F档表示±1; J档表示±5%; K档表示±10%; M档表示±20% 等 六、贴片电容 基本参数:封装、额定功率、阻值、允许偏差、材质、 阻抗等 1、封装:其尺寸代码与贴片电阻相同(高度有所差异) 2、耐压:不同容值,不同封装、不同偏差的电容耐压 值也不相同。一般容值越低,耐压值越高;封培尺寸 越大耐压值也越高;偏差越大耐压值越高。 3、容值:容值表示方法与电阻类似 如:104表示10*104PF=10000PF=0.1UF 2R2表示2.2PF 注:电容常用单位是pF,其中1pF=10-3nF=10-6uF=10-12F 4、允许偏差:允许偏差表示方法也与电阻类似 F档表示±1%; J档表示±5%; K档表示±10%; M档表示±20%;N档表示±30%;Z档表示+80%,-20% 5、材质:COG(NPO)容值精度为5%;X5R(X7R)容值精度 为10%;Y5V容值精度为20%;Z5U容值精度为+80%,20%. 结束语:电池(组)元件的认识、学习是一 个持续坚持的过程,也会在不断的学习过 程中积累、沉淀、完善此文件。也请各位 有阅读过本文的同事提供宝贵意见。

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