目前市面上的電池不管是磷酸鐵鋰電池，三元電池，還是鈦酸鋰電池都離不開電池保護板，有人問為什么要用保護板呢？不用保護板不是能省很多錢嗎？有這樣想的客戶也不奇怪，因為他們不懂鋰電池，不了解電池的特性，要是了解了鋰電池你就會覺得這個錢不能省，這是保證電池產品安全的最后一道防線。

　　鋰電池近幾年來飛速發展，國家也大力支持新能源領域的的開發，雖然發展近百年了，目前還暫時沒有材料能夠保證電池不起火不爆炸，都還需要加個保護板來保護電池過充、過放、過流以及短路，來實現電池的安全性，為什么鋰電池這么怕過充過放呢？原因在于在過度充電狀態下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產生氣體，因內壓上升而發生自燃或破裂的危險；反之，在過度放電狀態下，電解液因分解導致電池特性及耐久性劣化，從而降低可充電次數。鋰離子電池的保護電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態時的安全性，并防止特性劣化。

　　鋰離子電池的保護電路是由保護IC及兩顆功率MOS所構成，其中保護IC監視電池電壓，當有過度充電及放電狀態時切斷到以外掛的功率MOS來保護電池，保護IC的功能有過度充電保護、過度放電保護和過電流及短路保護（如圖1所示）。

　　過充保護：當充電器再給電池充電充電時，充電的電流流向是從P+   B+   B-   P-(如圖2所示)，IC一直在檢測電池的電壓，當電池電壓上升到4.28V±50mV時持續120ms,控制IC就會在CO口輸出一個低電平，正常情況下CO口是輸出一個高電平，高電平變低電平從而把MOS關斷，切斷充電回路，防止電池繼續充電，（如圖3所示），切斷回路后，因為充電是浮充的，所以當沒有充電電流后，電池電壓會下降，當這時接負載放電，電池電壓下降到過充恢復電壓4.08V±50mV時，CO會輸出一個高電平，把充電MOS管打開，如果這時再接入充電器又可以繼續充電，有些人可能會有些疑問？剛才不是說充電MOS管關閉了嗎？回路已經切斷了怎么還能放電呢？其實這是MOS管內部結構問題，MOS內部有個體二極管，二極管的方向跟MOS管的導通方向是相反的，同時放電的回路和充電的回路電流是相反的，放電的時候，電流從充電MOS管的體二級管流過，從而能夠做到過充之后還能夠繼續放電，但是設計上要處理好這個問題，因為體二級管流過的電流是有限的，不能長時間大電流放電，否則會燒壞充電MOS管，所以在電池設計保護板的時候要考慮好電池的容量，負載能力，以及IC的電壓保護和恢復參數，否則很容易造成設計缺陷，造成產品不良，存在安全隱患。

　　過放保護：當電池給設備供電時，放電電流流向是從B+   P+   P-   B-(如圖4所示)，IC在放電過程中會一直在檢測電池的電壓，當電池電壓下降到2.4V±100mV持續60ms以上時,控制IC就會在DO口輸出一個低電平，正常情況下DO口是輸出一個高電平，高電平變低電平從而把MOS關斷，切斷放電回路，防止電池繼續放電，（如圖5所示），切斷回路后，，沒有放電電流后，電池電壓會回升，接充電器或者電池電壓回升到過放恢復電壓3.0V±100mV時，DO會輸出一個高電平，把放電MOS管打開，為什么關斷放電MOS之后還能接充電器充電，原理跟上面充電MOS一樣，充電電流與放電電流是相反的，而且電流經過的是MOS管內部的體二極管，所以能夠充電。

　　過流、短路保護：過流和短路保護意義在于保護電池大電流放電，大電流放電容易損壞電芯內部結構，所以出現大電流放電時要切斷放電回路，即保護了電池也保護了PCB線路，短路也是大電流放電的一種，在客戶使用不當或者主控板失效的情況出現大電流和短路的情況，保護板能夠及時切斷回路，保證產品在安全的使用范圍。保護的原理是IC內部有一個固定的過流檢測電壓0.15V和一個短路保護電壓1.3V，當電流流過MOS,MOS管存在阻抗，MOS管兩端就會產生壓降，電流越大壓降越大，根據U=I*R來計算，例如流經MOS管電流是5A,MOS管的阻抗是50mR,那么MOS產生的壓降為0.25mV,IC內部有個比較器，當電壓大于設定的0.15V持續10ms以上，DO輸出從高電平變成低電平，切斷放電回路。

　　綜上分析，目前材料體系下，電芯離不開保護板，保護板能夠保護電芯安全運轉，所以不能為了省這點成本，讓電芯失去保護的功能，如果就是因為幾毛錢的成本，造成電芯起火爆炸，那么造成的損失不是省下來的這點錢能補償回來的，切勿因小失大。

　　友飛翔電子工程師 劉工

　　2019-11-26