锂电保护原理简述.ppt

关于锂电保护原理简述第1页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂离子电池的“前世今生”锂是锂电池的核心，是最轻的金属元素，比重是铝的五分之一早期的锂离子电池因为活性难掌握，所以充电时的枝晶效应会使电芯内部短路现在的锂离子电池是由正极、负极、电解质、隔膜组成锂离子的未来是在发展新的正负极材料第2页，共24页，星期日，2025年，2月5日负极枝晶效应充电过程中Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器的外电场的作用下向负极移动依次进入石墨组成的负极，并形成LiC化合物，如果充电速度过快，使Li+来不及进入负极栅格，在负极附近的电解液中就会聚集Li+，这些靠近碳C负极的Li+很可能从负极俘获一个电子成为金属锂，持续堆积后形成树状晶体，俗称枝晶。第3页，共24页，星期日，2025年，2月5日另外一种是随着负极充满电的程度越高，LiC晶格空间越少，从正极移动过来的LI+找到空格的机会就越少，如果充电速度不变的话，一样会堆积Li+,因此在充电后半段要减小电流。枝晶长大会刺破隔膜，使电芯内部形成正负极短路，所以说充电速度越快越危险，充电终止电压越高越危险，充电时间越长也越危险负极枝晶效应第4页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂电池的使用根据上述所分析，锂电池的电压过高或过低都会造成严重问题，根据实际使用情况大致给锂电池分了几个使用区间如下：超过（4.275~4.35V）为高压危险区4.2V~4.275V为高压警戒区4.2V~（2.5~3.0V）为正常使用区2.3V~（2.5~3.0V）为低压警戒区2.3V以下为低压危险区第5页，共24页，星期日，2025年，2月5日保护板的保护原理一1、单节保护板原理图V1V2VD2VD1第6页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂电池的保护原理二该保护回路由两个MOSFET(Q1包含两个MOSFET)和一个控制IC（IC1）外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，单节保护IC早期的延时电容外置在保护IC外围电路，现在延时部分均内置在保护IC的内部，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如下第7页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂电池的保护原理三1、正常状态

在正常状态下电路中IC1的“CO”（第3脚）与“DO”（第1脚）脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA第8页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂电池的保护原理四2、过充电保护

锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。

电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。第9页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂电池的保护原理五在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.28V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。

在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间，还有一段延时时间，我们称为过充保护延时，时间由IC内部或外部延时电容决定，通常设为1秒左右，以避免因干扰而造成误判断。第10页，共24页，星期日，2025年，2月5日锂电池的保护原理六3、过放电保护

电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。

在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电