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分析锂电池充放电保护电路的特点及工作原理
&&& 锂在元素周期表上位于第3位，因外层电子数为1个，容易失去从而形成稳定结构，故锂是一种非常活泼的金属。由锂元素制成的锂离子电池，具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等优点，现已被广泛使用。但锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电和短路，否则将会引起电池寿命缩短或起火、爆炸等事故，因此可充型锂电池都会连接一块充放电保护电路板（常简称保护板）来保护电芯的安全，如图1所示。
&&& 锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成，保护板由电子元件组成，在－40℃～＋85℃的环境下时刻准确地监视电芯的电压和充放电回路的电流，并及时控制电流回路的通断；PTC的主要作用是在高温环境下进行保护，防止电池发生燃烧、爆炸等恶性事故。
&&& ［提示］PTC是英文Positivetemperature coefficient的缩写，意即正温度系数电阻（温度越高，阻值越大）。该元件可起过流保护作用，即防止电池高温放电和不安全的大电流充放电。PTC器件采用高分子材料聚合物，通过严格的工艺制成，由聚合物树醋基体及分布在里面的导电粒子组成。在正常情况下，导电粒子在树醋中构成导电通路，器件表现为低阻抗；当电路中有过流现象发生时，流经PTC的大电流产生的热量使聚合物树醋基体体积膨胀，因而切断导电粒子间的连接，从而对电路起到过流保护作用。当故障解啥后，该元件可自动恢复到初始状态，保证电路正常工作。
&&& 一、锂电池的充放电要求
&&&&& 1.锂电池的充电
&&& 单节锂电池的最高充电终止电压为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。对锂电池充电时，应采用专用的恒流、恒压充电器，先恒流充电至锂电池两端电压为4.2V后，转入恒压充电模式；当恒压充电电流降至100mA时，应停止充电。
&&& 充电电流（mA）可为0.1～1.5倍电池容量，例如：1350mAh的锂电池，其充电电流可控制在135mA～2025mA之间。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。
&&& 2. 锂电池的放电
&&& 由于锂电池的内部结构原因，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命会缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。单节锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）＝电池容量／放电电流，且锂电池放电电流（mA）不应超过电池容量的3倍，例如：1000mAh的锂电池，则放电电流应严格控制在3A以内，否则会使电池损坏。
&&& 二、保护电路的组成
&&& 保护电路通常由控制IC、MOs开关管、熔断保险丝、电阻、电容等元件组成，如图2所示。正常的情况下，控制IC输出信号控制MOs开关管导通，使电芯与外电路导通，当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立即控制MOS管关断，以保护电芯的安全。
&&& 控制IC内置高精度电压检测电路和多级电流检测电路。其中，电压检测电路一是对充电电压进行检测，一旦达到其设定阈值（通常为3.9V～4.4V），立即进入过充电保护状态；二是对放电电压进行检测，一旦达到其设定阈值（通常为2.0V～3.0V ），立即进入过放电保护状态。
&&& 在该电路中，MOS开关管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封装形式，其外形如图3所示。这些MOS开关管有的内含一只N沟道场效应管，如FDMC7680，其①～③脚为S极，④脚为G极，⑤～⑧脚为D极，其内部结构如图4所示；有的内含两只N沟道场效应管，如FDW9926A、8205A等，其引脚功能与封装形式有关，如图5所示。
【提示】若控制IC与MOs开关管上有小圆形凹点，则该凹点所对管脚为①脚；若表面没有凹点，则元件型号标注左侧的第一个管脚为①脚，其余引脚按逆时针方向排列。另外，在换用MOS开关管时，需根据实际线路走向判断其内部电路，从而进行正确的代换。
&&& 另外，部分锂电池保护电路中还安装有NTC和ID信号形成元件。NTC是英文Negativetemperature coefficient的缩写，意即负温度系数电阻。该元件在此电路中主要起过热保护作用，即当电池自身或其周边环境温度升高时，NTC元件阻值降低，使用电设备或充电设备及时作出反应，若温度超过一定值时，系统进入保护状态，停止充放电。ID是Identification的缩写，即身份识别的意思，其信息识别的元件分为两种：一是存储器，常为兽线接口存储器，存储电池种类、生产日期等信息；二是识别电阻，这两者均可起到产品的可追溯和应用的限制。
&&& 三、保护电路工作原理分析
&&& 单节锂电池的正常输出电压约为3.7V，可直接作为手机、MP3/MP4及部分小屏幕的平板电脑的电源。对于需要较高电压的电器而言，如移动DVD/EVD或大屏幕平板电脑，这时可用多节锂电池串联得到所需电压，如一款需11.1V供电的平板电脑，则配用电池组件为三块串联的锂电池。单节锂电池与多节串联锂电池的保护电路有所不同，下面分别举例分析。
&&& 1．单节锂电池保护电路
&&& 单节锂电池充放电保护电路的具体组成方案较多，但工作原理相差不大，下面以在手机中用得较多的一种电路为例进行分析，供参考。
&&& 该电路的控制芯片为DW01（或312F） ， MOS开关管为8205A，如图6所示，B＋、B-分别是接电芯的正、负极；P＋、P -分别是保护板输出的正、负极； T为温度电阻（NTC）端口，一般需要与用电器的CPU配合才能进行保护控制。
&&& DWO1或312F是一款锂电池保护芯片，内置有高精确度的电压检测与时间延迟电路，主要参数如下：过充检测电压为3V，过充释放电压为4.05V；过放检测电压为2.5V，过放释放电压为3.0V ；过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V；DW01允许电池输出的最大电流是3.3A。该芯片的引脚功能见表1。
&&& （1）正常工作
&&& 该保护板的电路如图7所示，当电芯电压在2.5V～4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平（等于供电电压），②脚电压为0V。此时8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状态，由于8205A的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此时电芯的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下：B＋&P＋&负载。P-&8205A的②、③脚&8205A的①脚&8205A的⑧脚&8205A的⑥、⑦脚&B-。
&&& 【提示】在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小（数十毫欧姆），相当于开关闭合；当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大（几兆欧姆），相当于开关断开。[1]&&&
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多节锂电池串联的电池保护板实现方案
　　1　引言
　　随着国际性的不可再生性能源紧缺以及环境污染问题的不断加剧，采用新型长效无污染的取代传统的铅酸电池作为动力的电动自行车已成为电动自行车行业发展的必然趋势。其工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、循环寿命长的锂离子电池的使用，使得电动自行车的动力部分越来越轻便、高效。
　　目前，国内外各大锂电池生产商针对不同类型锂离子电池过充、过放、过流保护的要求设计有各种型号的锂电池保护芯片，以保证电池的安全性能，避免出现电池特性恶化的现象。这类锂电池保护芯片绝大多数适用于1～4节串联数的锂离子电池，极个别新型产品，如TexasInstruments公司的芯片，适用于5～10节串联数的锂离子电池，其保护功能完善，在很多锂电池保护电路中获得广泛应用。但是对多串联数，如10串以上锂电池串联的电池组或保护芯片路数与实际应用的锂电池组串联数不同的情况，如果采用目前市场上的芯片来制作保护电路，存在无法实现保护或使用上不够灵活的缺点。
　　另外，成组锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。常用的均衡充电技术有恒定分流均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能；多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU,通过和保护芯片的串行通讯（如I2C总线）来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。
　　本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。仿真结果和工业生产应用证明，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。
　　2　基本工作原理
　　采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。其中：1为单节锂离子电池；2为充电过电压分流放电支路电阻；3为分流放电支路控制用开关器件；4为过流检测保护电阻；5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分；6为单节锂电池保护芯片（一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等）；7为充电过电压保护信号经隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极；8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极；9为充电控制开关器件；10为放电控制开关器件；11为控制电路；12为主电路；13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。
图1　具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图
　　当锂电池组充电时，外接电源正负极分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端，充电电流流经电池组正极BAT+、电池组中单节锂电池1～N、放电控制开关器件、充电控制开关器件、电池组负极BAT-,电流流向如图2所示。
图2　充电过程
　　系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的充电过电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路中充电开关器件的导通提供栅极电压；如某一节或几节锂电池在充电过程中先进入过电压保护状态，则由过电压保护信号控制并联在单节锂电池正负极两端的分流放电支路放电，同时将串接在充电回路中的对应单体锂电池断离出充电回路。
技术资料出处:邓崇广
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锂电池单节保护板为何不可串联多节使用？
用单节锂电池保护板做多节串联使用时会出现以下几个问题。1：充电:假设某一个电池先达到4.2V保护电压，例如B保护板cout充电管保护动作后，内阻为无穷大，这个时候，电流被此管分断开，一般单节锂电池保护板上的场效应管耐压非常低，因此有可能被击穿(但由于充电状态，充电电压减除所有电池电压，一般不会出现超压现象),另外B充电管保护后，充电电压会单一的加在B保护板的VDD端，有可能出现超压，导致B保护板集成块损坏。2：放电：假设某一个电池先达到2.7V保护电压，例如A保护板Dout充电管保护动作后，内阻为无穷大，这个时候，电流被此管分断开,这个时候假设电路里面有6节电池，那么此管会承受高达25V的电压，图上绿色圈内的DOUT场效应管会被软击穿，这样，即使保护动作了，也会有少许几毫安，如果完全损坏，会有很强电流通过，而失去保护作用。另外此管保护后A板V-端到A板上VSS端出现高达25V的反压，v-至VDD端也会出现21V左右反压，完全有可能导致芯片损毁。
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几块手机锂电串联在一起需要把保护电路拆掉吗
我有更好的答案
不需要，最好也不要拆掉！！假如你用两块串联，如果你能搞到两节的保护电路，则可以将单节的全部拆掉，然后一起保护，这还要求是两块电池规格一样的情况下。 讨论一下楼下的：MOS管的耐压有那么低吗？至少也是50V以上了。而且这个叠加也不会是简单的电压叠加。
采纳率：45%
需要，不拆掉保护线路是很容易坏的。
首先手机里的保护线路为单串的保护线路。而多串保护线路也就是俗称的保护板。串数更大功能更多的就叫做管理系统（BMS）。
而保护线路里起到保护作用的配件叫做MOS管。可以在电压到达某个临界值的时候阻断电流。起到保护作用。
手机电池相当于单体电芯，如果想串联使用需要拆除原来的保护线路并且加装多串的保护板，有几串就加个几串的保护板。
如果不拆除原来的保护线路，如果其中一支电池出现截流现象，那么其他的电压就会加到这个电池的保护电路上面，会把这个电池的保护线路MOS管击穿。这样不更换保护线路就不能再继续使用了。
以上为我个人的解释，希望高人指正。
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