锂电池保护板电路原理图讲解

描述

今天拿到一份电池厂给的锂电池规格书,发现里面有保护板的原理图、PCB layout、BOM,就差给源文件了,看来这玩意也没太多秘密了,看见有电路资料瞬间来兴趣了,分析一下,学习学习。先说下一下这款锂电池的基本参数:

限充电压:4.2V

额定电压:3.7V

放电截止电压:3V

容量:6000mAh(放电至3V)

标准充电电流:0.2C(1.2A)

以上为常用参数,其它参数就不介绍了,下面是保护板原理图。

原理图

草草看了一下和其它锂电池保护板相比,这款锂电池采用了两个电池保护IC,稍微复杂一些,负极串有两个小阻值电阻,估计是为了满足客户的电流输出能力而设定的,下面慢慢来分析一下这个保护板电路:

仔细看发现两个保护IC的型号虽然相同,但是后缀不同,查阅规格书发现参数有区别,肯定是有意为之,靠近电芯的IC过充电压低一些,过放电压高一些。两款保护IC参数如下:

原理图

这个保护板电路使用两个MS3312 MOS管并联,没找到对应型号的规格书,但是找到了一个PED3312M,参数应该相近,用于电路分析,MOS管内部电路如下,这是一个双MOS管,内部漏极相连。

原理图

每一个保护IC控制一组四个MOS管,这四个MOS管进行串并联组合,Vgs不变的情况下,我们可以根据Rdson几乎不随漏极电流变化而变化可以得出,这四个MOS串并联组合后整体相当于只有一个Vds管压降。

原理图

原理图

过充检测:

保护IC通过Pin5测量电芯电压,当电压大到一定程度关闭MOS管,切断充电,注意两个保护IC的VSS管脚连接的不是同一个地方,也就是参考GND不一样。左侧的保护IC测量电芯两端的电压,而右侧的IC测量的是电芯电压+R5电压+Vds。右侧IC测量的电压稍微高一些,但是右侧IC的过充电压也高,到底谁先发起过充保护呢?来算一下,假设以最大电流1.2A充电(实际上即将充满时电流很小),假设电芯电压为4.19V(左侧IC未保护),假设Rdson = 4.7毫欧(根据MOS管手册取值)

右侧IC测得的电压为

UR5 + Vds + Vbat =

1.20.007 + 0.00471.2 + 4.19 = 4.204V

远没有达到4.275V,所以是左侧IC首先出现过充保护。对于过充保护,右侧IC起到备胎的作用,一旦左侧IC出现故障可以及时接管。

过放检测:

左侧IC的过放保护电压是2.5V,右侧过放保护电压是2.3V,两个值差距较大,当电芯电压从高压逐渐降低时,首先是左侧IC出现过放保护,切断输出。

充电/放电过流检测:

充电IC通过采集Pin2的电压来检测电流,当电压达到触发值时关断MOS管,由于两个IC的参考GND不一样,所以计算方法也不一样。

左侧IC的Pin2采集电压:UR5 + Vds + UR8

右侧IC的Pin2采集电压:Vds + UR8

左侧采集的电压高,两个IC的充电/过放电流检测值相同,可见电流增大时,左侧IC首先保护,右侧IC起到备胎的作用。

注意:

保护板一般都采用测量MOS的导通电压间接测量电流,这个电压误差很大,所以过流检测误差很大,当然电池厂设计保护板时都留有余量,对于使用电池一方,不能只依靠保护板来保护电池,合理的设计充电电路以及合理充电算法也是对电池的一种安全保护。

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