简易锂电池保护IC测试电路的设计
作者：中国地质大学蔡欢欢
由于锂电池的体积密度、能量密
度高，并有高达4.2V的单节电池
电压，因此在手机、PDA和数码相机等便携式电子产品中获得了广泛的应用。为了确保使用的安全性，锂电池在应用中必须有相应的电池管理电路来防止电池的过充电、过放电和过电流。锂电池保护IC超小的封装和很少的外部器件需求使它在单节锂电池保护电路的设计中被广泛采用。
然而，目前无论是正向（独立开发）还是反向（模仿开发）设计的国产锂电池保护IC由于技术、工艺的原因，实际参数通常都与标准参数有较大差别，在正向设计的IC中尤为突出，因此，测试锂电池保护IC的实际工作参数已经成为必要。目前市场上已经出现了专用的锂电池保护板测试仪，但价格普遍偏高，并且测试时必须先将IC焊接在电路板上。因此，本文中设计了一个简单的测试电路，借助普通的电子仪器就可以完成对锂电池保护IC的测试。
锂电池保护IC的工作原理
单节锂电池保护IC的应用电路很简单，只需外接2个电阻、2个电容和2个MOSFET，其典型应用电路如图1所示。
图1 锂电池保护IC的典型应用电路
锂电池保护IC测试电路设计
图2 锂电池保护IC测试电路
根据锂电池保护IC的工作原理设计的测试电路如图2所示，图3详细说明了图2中模块B 的电路。模块A在测试过流保护时为CS引脚提供电压，模拟图1中的CS引脚所探测到的电压。调整模块中的可变电位器可为CS引脚提供可变电源，控制其中的跳变开关可为CS 提供突变电压。模块B为电源，模拟为IC提供工作电压。调整电路中的可变电位器R7可为整个电路提供一个可变电压，在测试过充电保护电压和过放电保护电压时使用。控制模块中的开关S1的闭合为测试电路提供一个跳变电源，在测试IC的过充、过放和过流延迟时使用。跳线端口P1、P2在测试IC工作电流时使用，在测试其他参数时将开关S2导通即可。测试IC工作电流时，将电流表接在P1、P2上，将开关S2断开。模块C是用2个MOSFET 做成的微电流源，在测试OD、OC输出高、低电平时向该引脚吸、灌电流，只要MOSFET 选择恰当，可以满足测试需要。模块D是2片MOSFET集成芯片，相当于图1中的M1、M2，其中的两个端口在测试MOSFET漏电流时使用，在测试其他参数时要将这两个端口短接。模块E是一个IC插座，该插座用于放置待测IC，最多可以放置4片IC（测试时只能放一片IC），测试完以后可以将IC取出，不留任何痕迹，不影响IC的销售和再次测试。
图3 模块B的电路图
在测试电路的设计中，对电阻的选择要慎重。在模块A、B、C中由于有可变电位器的存在，如果其他电阻选择不适当容易造成电路的烧毁，尤其是模块A和B中的可变电位器的选择对测试各种电压的精度影响很大。本电路中两个可变电位器都是1K/10圈的，精度较高。模块C中的MOSFET的选择要注意其工作电流范围，在测试需要用到的电流只有两个级别，一个是零点几个微安，一个是几十微安，因此一般要求能提供微安级以下的电流。另外，电源的稳定度对整个IC测试参数的影响很大，因此，在测试时尽量使用稳定性好的电源。
本设计的特点
本设计有以下三个特点。
● 在测试IC过充、过放和过流的延迟时利用开关将电阻短路或开路来实现电路电源的突变，并且利用示波器同时抓电源和OC、OD跳变波形图来测量延迟时间。
● 为了实现测试OC、OD高、低电平时向引脚吸、灌电流，本电路用MOSFET做了两个简单的微电流源，选用的MOSFET型号为TN0201T，利用栅级电压控制漏、源级电流，以漏、源级电流为电流源，精度可以达到0.1μA，基本可以满足测试的需要。
● 测试过流保护电压时，即测试使OD引脚从高电平跳变为低电平的CS引脚电压。短流保护电压远高于过流保护电压，当电压达到过流保护电压时电路已经发生跳变，OD输出一直为低电平，因此常规方法无法测试出短流保护电压，于是，本文采用了一种间接的近似测试方法。IC对过电流保护的延迟时间大概为几个到十几个毫秒，而短流延迟时间则大概为十几个微秒，因此可以根据过流延迟时间与短流延迟时间的不同来近似测试短流保护电压。此参数使用专用的锂电池保护板测试仪也无法测出。
本测试电路也存在一些不足。一是对IC测试的精度与电源稳定度、电表精度有关，其中，对各种电压测试的精度还与可变电位器的精度有关；二是短流保护电压测得的是近似值。
总结
虽然目前市场上有很多锂电池保护板测试仪，但价格昂贵，并且测试参数固定，不能满足实际测试的需要。在实际的应用中，客户最注重的锂电池保护IC的几个主要参数为：过充、过放和过流保护电压、静态工作电流和断电电流、过充、过放和过流保护延迟，以及OD、OC引脚的输出高、低电平。本文提供的测试方法可以很精确地测出上述参数，已经超出了锂电池保护板测试仪所能测试的参数。因此，在一些对锂电池保护IC参数要求很全面或条件比较受限制的场合，本文提供的测试电路和测试方法是一种较好的选择。
上述测试电路和测试方法已经投入使用，现已成功测试千余片锂电池保护IC。从测试结果来看，除了短流保护电压是近似测试以外，其余参数测试都与专用的测试仪器测出的结果非常吻合；从客户反映情况来看，该测试电路测出的参数准确，能满足客户需要。由于本测试电路没有封装（加外壳），可以根据客户的需要增加适当电路测试出更多参数（如本文中提到的测试MOSFET漏电流大小）。(end)
机械科学研究院北京机电研究所 SBCM蓄电池综合管理系统性能测试报告 测试人员：李红林 参加人员：李红林，史建军 联系方式：北京理工大学电动车辆工程技术中心68914070-840,lhlbitev@https://www.doczj.com/doc/1911127350.html, 日期：2003-6 目录 第一节SBCM蓄电池综合管理系统介绍 第二节试验电池性能分析 第三节锂离子电池组电压均衡系统原理 第四节锂离子电池组充放电过程的安全保护功能（充电方面） 第五节电池组电压均衡系统在工作过程中的能耗分析 第六节电池组管理系统ECU单元对电池SOC的计算及其精度，同时为了消除累计误差，系统采取什么措施？ 第七节SBCM蓄电池管理系统的热管理 第八节试验测试结果 a) 50A恒流充电均压曲线 b) 20A恒流充电均压曲线 c) 10A恒流充电均压曲线 d) 电池完整充电过程均压曲线 e) 恒流放电曲线 第九节结论及建议
第一节 SBCM蓄电池综合管理系统介绍 SBCM蓄电池综合管理系统组成(见图一)，主要由多功能蓄电池管理模块、安全充电模式的网络化充电装置、管理系统ECU、PC机的管理系统和高速CAN 总线组成。 图一： SBCM蓄电池管理系统结构示意图 蓄电池（多功能）管理模块SBCM主要由自动均压功率部件（双向10A DC/DC变换器）、自动均压控制部件在充电、放电和备用工况下，当相邻电池电压差大于20MV时即可在嵌入模块内的微控制器和ECU的控制下进行多种模式的自动均压。 自动均压功率部件具有电池组跨电池能量迁移技术、低压差大电流充电技术，双向可逆充电技术、高内阻电池均压过程中高幅值端电压互移对自动均压工程的影响等关键技术问题。 由于具有双向高强度（可跨电池）能量迁移技术的采用，有效解决了充电、放电过程中落后电池补偿问题。 在（多功能）电池管理模块内，还集成了电压检测、温度检测、过压检测和通讯接口。通过通讯网络，将电池模块内的数据以500Kbit/秒的速度传输到高速CAN总线。 管理模块、ECU、充电装置和PC机可共享高速CAN总线上的数据信息。 由于自动均压装置的能量迁移相对有限（每个电池回路小于10A），当充放电电流过大时，不可能完全实现能量平衡。在放电过程中，除电池会产生落后电池外，不会有其他不良影响。在充电过程中，当充电电流过大时，则可能不能通过能量迁移实现电压基本平衡。在充电后期，个别电池会出现充电电压超过电池允许电压的危险状态。 为了有效防止因充电电流过大问题，将具有基于极端单体电池控制的安全充电模式功能的充电装置接入蓄电池管理系统高速CAN总线上，充电机连续监听网络中的相关数据，当发现出现充电电流大于自动均压部件的能量迁移能力时，适时减小充电电流，使充电电流与系统内自动均压部件的能量迁移相适应，从而达到充电过程的安全。 集成在网络内的充电机还监听电池组端电压，电池的最高温度和最大温升，并根据相关规定适时调整充电电流。 SBCM蓄电池综合管理系统，在检测温度的同时，还适时提供温升状况。对于NiMH电池及时发现过大温升和减小温度失控具有重要意义。
概述 FM2113内置高精度电压检测电路和延迟电路，是用于单节锂离子/锂聚合物可再充电电池的保护IC 。此IC 适合于对单节锂离子/锂聚合物可再充电电池的过充电、过放电和过电流进行保护。 特点 高精度电压检测电路 各延迟时间由内部电路设置（无需外接电容） 有过放自恢复功能 工作电流：典型值3uA ，最大值6.0uA （VDD=3.9V ） 连接充电器的端子采用高耐压设计（CS 端和OC 端，绝对最大额定值是20V ） 允许0V 电池充电功能 宽工作温度范围：-40℃~+85℃ 采用SOT23-6封装 产品应用 1节锂离子可再充电电池组 1节锂聚合物可再充电电池组 引脚示意图及说明 SOT23-6 引脚号 引脚名称 引脚说明 1234 5 6 OD CS OC NC VDD VSS 1 OD 放电控制用MOSFET 门极连接端 2 CS 过电流检测输入端，充电器检测端 3 OC 充电控制用MOSFET 门极连接端 4 NC 悬空 5 VDD 电源端，正电源输入端 6 VSS 接地端，负电源输入端
FM2113(文件编号：S&CIC1162) 单节锂电池保护IC 电气特性
FM2113(文件编号：S&CIC1162) 单节锂电池保护IC
FM2113(文件编号：S&CIC1162) 单节锂电池保护IC *3、C1有稳定VDD电压的作用，请不要连接0.01μF以下的电容。 *4、使用MOSFET的阈值电压在过放电检测电压以上时，可能导致在过放电保护之前停止放电。 *5、门极和源极之间耐压在充电器电压以下时，N-MOSFET有可能被损坏。 工作说明 正常工作状态 此IC持续侦测连接在VDD和VSS之间的电池电压，以及CS与VSS之间的电压差，来控制充电和放电。当电池电压在过放电检测电压（VDL）以上并在过充电检测电压（VCU）以下，且CS端子电压在充电过流检测电压（VCIP）以上并在放电过流检测电压（VDIP）以下时，IC的OC和OD端子都输出高电平，使充电控制用MOSFET和放电控制用MOSFET同时导通，这个状态称为“正常工作状态”。此状态下，充电和放电都可以自由进行。 注意：初次连接电芯时，会有不能放电的可能性，此时，短接CS端子和VSS端子，或者连接充电器，就能恢复到正常工作状态。 过充电状态 正常工作状态下的电池，在充电过程中，一旦电池电压超过过充电检测电压（VCU），并且这种状态持续的时间超过过充电检测延迟时间（TOC）以上时，FM2113会关闭充电控制用的MOSFET（OC端子），停止充电，这个状态称为“过充电状态”。 过充电状态在如下2种情况下可以释放： 不连接充电器时， （1）由于自放电使电池电压降低到过充电释放电压（VCR）以下时，过充电状态释放，恢复到正常工作状态。 （2）连接负载放电，放电电流先通过充电控制用MOSFET的寄生二极管流过，此时，CS端子侦测到一个“二极管正向导通压降（Vf）”的电压。当CS端子电压在放电过流检测电压（VDIP）以上且电池电压降低到过 充电检测电压（VCU）以下时，过充电状态释放，恢复到正常工作状态。 注意：进入过充电状态的电池，如果仍然连接着充电器，即使电池电压低于过充电释放电压（VCR），过充电状态也不能释放。断开充电器，CS端子电压上升到充电过流检测电压（VCIP）以上时，过充电状态才能释放。 过放电状态 正常工作状态下的电池，在放电过程中，当电池电压降低到过放电检测电压（VDL）以下，并且这种状态持续的时间超过过放电检测延迟时间（TOD）以上时，FM2113会关闭放电控制用的MOSFET（OD端子），停止放电，这个状态称为“过放电状态”。 过放电状态的释放，有以下三种方法： （1）连接充电器，若CS端子电压低于充电过流检测电压（VCIP），当电池电压高于过放电检测电压（VDL）时，过放电状态释放，恢复到正常工作状态。 （2）连接充电器，若CS端子电压高于充电过流检测电压（VCIP），当电池电压高于过放电释放电压（VDR）时，过放电状态释放，恢复到正常工作状态。 （3）没有连接充电器时，如果电池电压自恢复到高于过放电释放电压（VDR）时，过放电状态释放，恢复到正常工作状态，即“有过放自恢复功能”。 放电过流状态（放电过流检测功能和负载短路检测功能）
简易锂电池保护IC测试电路的设计 作者：中国地质大学蔡欢欢 由于锂电池的体积密度、能量密 度高，并有高达4.2V的单节电池 电压，因此在手机、PDA和数码相机等便携式电子产品中获得了广泛的应用。为了确保使用的安全性，锂电池在应用中必须有相应的电池管理电路来防止电池的过充电、过放电和过电流。锂电池保护IC超小的封装和很少的外部器件需求使它在单节锂电池保护电路的设计中被广泛采用。 然而，目前无论是正向（独立开发）还是反向（模仿开发）设计的国产锂电池保护IC由于技术、工艺的原因，实际参数通常都与标准参数有较大差别，在正向设计的IC中尤为突出，因此，测试锂电池保护IC的实际工作参数已经成为必要。目前市场上已经出现了专用的锂电池保护板测试仪，但价格普遍偏高，并且测试时必须先将IC焊接在电路板上。因此，本文中设计了一个简单的测试电路，借助普通的电子仪器就可以完成对锂电池保护IC的测试。 锂电池保护IC的工作原理 单节锂电池保护IC的应用电路很简单，只需外接2个电阻、2个电容和2个MOSFET，其典型应用电路如图1所示。 图1 锂电池保护IC的典型应用电路 锂电池保护IC测试电路设计
图2 锂电池保护IC测试电路 根据锂电池保护IC的工作原理设计的测试电路如图2所示，图3详细说明了图2中模块B 的电路。模块A在测试过流保护时为CS引脚提供电压，模拟图1中的CS引脚所探测到的电压。调整模块中的可变电位器可为CS引脚提供可变电源，控制其中的跳变开关可为CS 提供突变电压。模块B为电源，模拟为IC提供工作电压。调整电路中的可变电位器R7可为整个电路提供一个可变电压，在测试过充电保护电压和过放电保护电压时使用。控制模块中的开关S1的闭合为测试电路提供一个跳变电源，在测试IC的过充、过放和过流延迟时使用。跳线端口P1、P2在测试IC工作电流时使用，在测试其他参数时将开关S2导通即可。测试IC工作电流时，将电流表接在P1、P2上，将开关S2断开。模块C是用2个MOSFET 做成的微电流源，在测试OD、OC输出高、低电平时向该引脚吸、灌电流，只要MOSFET 选择恰当，可以满足测试需要。模块D是2片MOSFET集成芯片，相当于图1中的M1、M2，其中的两个端口在测试MOSFET漏电流时使用，在测试其他参数时要将这两个端口短接。模块E是一个IC插座，该插座用于放置待测IC，最多可以放置4片IC（测试时只能放一片IC），测试完以后可以将IC取出，不留任何痕迹，不影响IC的销售和再次测试。
锂电池保护板工作原理 锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,下面以DW01 配MOS管8205A进行讲解: 锂电池保护板其正常工作过程为: 当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01 的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01 的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。 2.保护板过放电保护控制原理:
当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01 内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时DW01 将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的P 与P-间接上充电电压后，DW01 经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯经充电器直接充电。 4.保护板过充电保护控制原理: 当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.4V时,DW01 将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关
锂电池保护板的简单检测方法 锂电池保护板对锂电池进行过充、过放、过流（充电过流、放电过流和短路）保护，有些保护板上设计有热敏电阻，用于对电池进行过热保护，但过热保护通常是由外电路完成的，并不由保护板实现。保护板上的热敏电阻仅仅是给外电路提供一个温度传感器。如果保护板不良，电池就很容易损坏。本文介绍一种锂电池保护板的简单检测方法。 检测电路如下图： 电路很简单，主要元件就是一个电容和两个电阻，两个开关可以用鳄鱼夹或手动搭线都没问题的。色框内的部分是锂电池保护板的内电路。 原理： 电解电容C连接到保护板上的电池接点（B+，B-）上，充当电池，可进行充电和放电，连接时别弄错极性就行。电压表（数字万用表20V电压档）并联在电容两端，用于监视电池电压。 初始时，电容C没电，保护板上的控制芯片无工作电源，保护板处于全关断状态，即使接通开关K2，电容也不会充电。断开开关K2，电容也无电可放。即使电容有电，但电压达不到保护芯片的工作电压，也不会通过R1、R2放电。 如果带保护板的锂电池（比如手机电池）放置太久，电池因自身放电和保护板电路耗电使电池电压低于保护板上控制芯片的工作电压，保护板则全关断。测量电池引出电极P+、P-无电压，充电也充不进，就相当于上述这种初始情况。对这样的电池，一般人只能将它报废处理。其实很多时候电池并没有坏，只是必须拆开电池的封装外壳跳过保护板直接给电池芯充电，当电池芯的电压达到保护板上控制芯片的工作电压之后，电池才起死回生，能正常充电和使用。 本电路中，电容C充当电池的作用，下文关于电路原理的叙述中一律称之为电池。 接通开关K2，如前所述，电池并不会充电。按下按钮开关K1，5V电源通过R1、保护板的P+、B+（保护板上的这两个接点是直通的）、K1给电池充电，电压表上可实时读取电池两端的电压，当电池电压上升到控制芯片的工作电压（约2V）时，放开K1，这时保护板已正常工作，电池会继续充电，电池电压持续上升。如果想知道保护板在多大的电池电压下开始工作，不要长按K1，按一下，放一下，让电池电压每次上升一点点，注意观察电池电压，当电压到某个值时，不按K1电池电压也继续上升，则这个值就是保护板开始工作的最低电池电压值。 当电池电压上升到过充启动电压时（约），保护板关断充电通路，进入过充保护状态，充电停止。这时电压表上显示的就是过充保护电压。由于电压表有内阻，以及保护板上控制芯片工作也需要耗电（电流很小），所以电池通过这两条通路缓慢放电，电压表上可看到电池电压缓慢下降。当下降到控制芯片的过充解除电压（约）时，过充
由于锂电池的体积密度、能量密度高，并有高达4.2V的单节电池电压，因此在手机、PDA 和数码相机等便携式电子产品中获得了广泛的应用。为了确保使用的安全性，锂电池在应用中必须有相应的电池管理电路来防止电池的过充电、过放电和过电流。锂电池保护IC超小的封装和很少的外部器件需求使它在单节锂电池保护电路的设计中被广泛采用。 然而，目前无论是正向（独立开发）还是反向（模仿开发）设计的国产锂电池保护IC由于技术、工艺的原因，实际参数通常都与标准参数有较大差别，在正向设计的IC中尤为突出，因此，测试锂电池保护IC的实际工作参数已经成为必要。目前市场上已经出现了专用的锂电池保护板测试仪，但价格普遍偏高，并且测试时必须先将IC焊接在电路板上。因此，本文中设计了一个简单的测试电路，借助普通的电子仪器就可以完成对锂电池保护IC的测试。 锂电池保护IC的工作原理 单节锂电池保护IC的应用电路很简单，只需外接2个电阻、2个电容和2个MOSFET，其典型应用电路如图1所示。 图1 锂电池保护IC的典型应用电路 锂电池保护IC测试电路设计
图2 锂电池保护IC测试电路 根据锂电池保护IC的工作原理设计的测试电路如图2所示，图3详细说明了图2中模块B的电路。模块A在测试过流保护时为CS引脚提供电压，模拟图1中的CS引脚所探测到的电压。调整模块中的可变电位器可为CS引脚提供可变电源，控制其中的跳变开关可为CS提供突变电压。模块B为电源，模拟为IC提供工作电压。调整电路中的可变电位器R7可为整个电路提供一个可变电压，在测试过充电保护电压和过放电保护电压时使用。控制模块中的开关S1的闭合为测试电路提供一个跳变电源，在测试IC的过充、过放和过流延迟时使用。跳线端口P1、P2在测试IC工作电流时使用，在测试其他参数时将开关S2导通即可。测试IC工作电流时，将电流表接在P1、P2上，将开关S2断开。模块C是用2个MOSFET 做成的微电流源，在测试OD、OC输出高、低电平时向该引脚吸、灌电流，只要MOSFET 选择恰当，可以满足测试需要。模块D是2片MOSFET集成芯片，相当于图1中的M1、M2，其中的两个端口在测试MOSFET漏电流时使用，在测试其他参数时要将这两个端口短接。模块E是一个IC插座，该插座用于放置待测IC，最多可以放置4片IC（测试时只能放一片IC），测试完以后可以将IC取出，不留任何痕迹，不影响IC的销售和再次测试。
锂电池电路保护板详解 1.锂电池电路保护板典型电路 2.保护板的核心器件：U1 和 U2A/U2B。U1是保护IC，它由精确的比较器来获得可靠的保护参数。U2A和U2B是MOS管，串在主充放电回路，担当高速开关，执行保护动作。 3.B1的正负极接电芯的正负极；P+,P-分别接电池输出接口的正负极。 4.R3是NTC电阻，配合用电器件的MCU产生保护动作（检测电池温度）。R4是固定阻值电阻，做电池识别。 5.放电路径：B1+ ----- P+ ------ P- ------B1- 6.充电路径：P+ ------- B1+ ------ B1- ------ P- 7.DO是放电保护执行端，CO 是充电保护执行端。
8.充电保护：当电池被充电，电压超过设定值VC（4.25V- 4.35V，具体过充保护电压取决于保护IC）时，CO变为低电平，U2B截止（箭头向内是N-MOS，VG大于VS导通），充电截止。当电池电压回落到VCR（3.8V-4V，具体由IC决定），CO变为高电平，U2B导通，充电继续。VCR必须小于VC一个定值， 以防止频繁跳变。 9.过充保护的时候，即电池充满电的时候，U2B MOS截止了， 手机是不是就关机了呢？答案是肯定没有，不然的话手机开机 插着充电器充电，充满电就会自动关机了。 现在的MOS管生产工艺决定了，生产的时候都会形成一个寄生二极管（也叫体二极管，不用担心体二极管的耐流值，电池厂 都替你考虑了，放电是没问题的）MOS管标准的画法如上图。 充电保护的时候，B-到P-处于断开状态，停止充电。但U2B的 体二极管的方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对外负 载放电。当电芯两端电压低于4.3V时，U2B将退出充电保护状态，U2B重新导通，即B-与P-又重新接上，电芯又能进行正常 的充放电。 10.过放保护：当电池因放电而降低至设定值VD（2.3-2.5V），DO变为低电平，U2A截止，放电停止。P-到B-处于断开状态。当电池置于充电时，B-与P-通过U2A的体二极管接通，恢复到 一定电压后，D0重新置高，U2A重新导通。
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电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、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。 锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 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光耦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。
锂电池保护芯片均衡充电设计 常用的均衡充电技术包括恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。成组的锂电池串联充电时，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。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。 ?锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 ?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光耦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；
锂电池保护板基础知识-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
锂电池保护板的基础知识普及 第一章保护板的构成和主要作用一、保护板的构成 锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PT协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，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的损坏。 保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件NTC、ID存储器等。其中控制IC，在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外电路沟通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻（数十毫秒）控制MOS开关关断，保护电芯的安全。NTC是Negative temperature coefficient的缩写，意即负温度系数，在环境温度升高时，其阻值降低，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。ID 存储器常为单线接口存储器，ID是Identification 的缩写即身份识别的意思，存储电池种类、生产日期等信息。可起到产品的可追溯和应用的限制。
二、保护板的主要作用 一般要求在-25℃～85℃时Control(IC)检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流、电压，在一切正常情况下C-MOS开关管导通，使电芯与保护电路板处于正常工作状态，而当电芯电压或回路中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值时，在15～30ms内（不同控制IC与C-MOS有不同的响应时间），将CMOS关断，即关闭电芯放电或充电回路，以保证使用者与电芯的安全。 第二章保护板的工作原理 保护板的工作原理图：
XB8588D ____________________________________________________________________________________________________________________________ XySemi Inc - 1 - https://www.doczj.com/doc/1911127350.html, REV0.5 One Cell Lithium-ion/Polymer Battery Protection IC GENERAL DESCRIPTION The XB8588 series product is a high integration solution for lithium-ion/polymer battery protection. XB8588 contains advanced power MOSFET, high-accuracy voltage detection circuits and delay circuits. XB8588 is put into an TSSOP8 package and only one external component makes it an ideal solution in limited space of battery pack. XB8588 has all the protection functions required in the battery application including overcharging, overdischarging, overcurrent and load short circuiting protection etc. The accurate overcharging detection voltage ensures safe and full utilization charging. The low standby current drains little current from the cell while in storage. The device is not only targeted for digital cellular phones, but also for any other Li-Ion and Li-Poly battery-powered information appliances requiring long-term battery life. FEATURES · Protection of Charger Reverse Connection · Protection of Battery Cell Reverse Connection · Integrate Advanced Power MOSFET with Equivalent of 40m ? R DS(ON) · TSSOP8 Package · Only One External Capacitor Required · Over-temperature Protection · Overcharge Current Protection · Two-step Overcurrent Detection: -Overdischarge Current -Load Short Circuiting · Charger Detection Function · 0V Battery Charging Function - Delay Times are generated inside · High-accuracy Voltage Detection · Low Current Consumption - Operation Mode: 2.8μA typ. - Power-down Mode: 0.1μA max. · RoHS Compliant and Lead (Pb) Free APPLICATIONS ? One-Cell Lithium-ion Battery Pack ? Lithium-Polymer Battery Pack Figure 1. Typical Application Circuit
聚焦科技锂电保护IC系统开发应用 图一：开发依据图 通过依据图可开发不同行业不同应用方案： 特种电池管理系统： 低温锂电池/ 宽温锂电/ 钛酸锂电池/ 防爆锂电池 工业电池管理系统: 锂离子电池/ 磷酸铁锂电池/ 18650锂电池/ 聚合物锂电池
动力/储能管理系统: 12V锂电池/ 24V锂电池/ 36V锂电池/ 48V锂电池一对一定制化管理系统： 特种锂电池/ 机器人电池/ AGV锂电池/医疗锂电池 以下内容为可开发锂电保护系统具体行业和应用：一．特种锂离子电池和工业电池保护系统 1.极寒电池方案 电芯型号：18650/3.7V/2000mAh 电池规格：18650/4S1P/14.8V/2000mAh 标称电压：14.8V 标称容量：2000mAh 充电电压：16.8V 充电电流：≤1A 放电电流：1A 瞬间放电电流：2A 放电截止电压：10V 成品内阻：≤250mΩ 电池重量：385g
产品尺寸：101×76×28（Max） 充电温度：0～45℃ 放电温度：-40～60 ℃ 存储温度：-20～20 ℃ 电池外壳：Al6061铝合金 锂电保护：短路保护，过充保护，过放保护，过流保护。 应用领域：无线综测设备 产品特点 低温工作：采用军品级低温电芯，确保在-40度低温下工作；可靠连接：采用方形航空连接器，快捷，安全，可靠； 电池组循环寿命高，符合低碳、节能、环保价值理念； 2.(21.6V 8800mAh 轨道检测仪低温锂电池) 电芯型号：18650/3.7V/2200mAh 电池规格：18650-6S4P/21.6V/8800mAh 标称电压：21.6V 标称容量：8800mAh 充电电压：25.2V 充电电流：≤4.4A 放电电流：8A 瞬间放电电流：12A 放电截止电压：15V
SooPAT 锂电池保护板测试系统 申请号：201320590430.4 申请日：2013-09-24 申请(专利权)人福州开发区星云电子自动化有限公司 地址350000 福建省福州市马尾区星发路8号生产力促进中心3层 304 发明(设计)人李有财陈木泉 主分类号G01R31/00(2006.01)I 分类号G01R31/00(2006.01)I G01R27/14(2006.01)I 公开(公告)号203519738U 公开(公告)日2014-04-02 专利代理机构福州市鼓楼区京华专利事务所(普通合伙) 35212 代理人宋连梅
(10)授权公告号 (45)授权公告日 2014.04.02 C N 203519738 U (21)申请号 201320590430.4 (22)申请日 2013.09.24 G01R 31/00(2006.01) G01R 27/14(2006.01) (73)专利权人福州开发区星云电子自动化有限 公司 地址350000 福建省福州市马尾区星发路8 号生产力促进中心3层304 (72)发明人李有财 陈木泉 (74)专利代理机构福州市鼓楼区京华专利事务 所(普通合伙) 35212 代理人 宋连梅 (54)实用新型名称 锂电池保护板测试系统 (57)摘要 本实用新型提供锂电池保护板测试系统，包 括主控制器、切换电路、电压测量电路、模拟电池 电路、电压比较电路和可调直流电流源；所述的 主控制器与切换电路、电压测量电路、电压比较电 路、可调直流电流源、模拟电池电路连接；所述的 切换电路与可调直流电流源连接。通过本实用新 型可实现对锂电池保护板的全方面的测试，解决 现有锂电池保护板测试系统无法进行全面测试的 问题。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 203519738 U
锂电池保护原理 锂电池保护板是对串联锂电池组的充放电保护；在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值（一般±20mV），实现电池组各单体电池的均充，有效地改善了串联充电方式下的充电效果；同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命；欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。 成品锂电池组成主要有两大部分，锂电池芯和保护板，锂电池芯主要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂电池保护板的作用很多人都不知道，锂电池保护板，顾名思义就是保护锂电池用的，锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护。 01锂电池保护板组成
1、控制ic， 2、开关管，另外还加一些微容和微阻而组成。控制ic 作用是对电池的保护，如达到保护条件就控制mos进行断开或闭合（如电池达到过充、过放、短路、过流、等保护条件），其中mos管的作用就是开关作用，由控制ic开控制。锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流。 02保护板的工作原理 1、过充保护及过充保护恢复 当电池被充电使电压超过设定值VC(4.25-4.35V，具体过充保护电压取决于IC)后，VD1翻转使Cout变为低电平，T1截止，充电停止.当电池电压回落至VCR(3.8-4.1V，具体过充保护恢复电压取决于IC)时，Cout变为高电平，T1导通充电继续，VCR 必须小于VC一个定值，以防止频繁跳变。 2、过放保护及过放保护恢复 当电池电压因放电而降低至设定值VD（2.3-2.5V，具体过充保护电压取决于IC）时，VD2翻转，以短时间延时后，使Dout变为低电平，T2截止，放电停止，当电池被置于充电时，内部或门被翻转而使T2再次导通为下次放电作好准备。 3、过流、短路保护 当电路充放回路电流超过设定值或被短路时，短路检测电路动作，使MOS管关断，电流截止。
第一章保护板的构成和主要作用 一、保护板的构成 锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，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的损坏。 保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件NTC、ID存储器等。其中 控制IC，在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外电路沟通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻（数十毫秒）控制MOS开关关断，保护电芯的安全。NTC 是Negative temperaturecoefficient的缩写，意即负温度系数，在环境温度升高时，其阻值降低，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。ID 存储器常为单线接 口存储器，ID是Identification 的缩写即身份识别的意思，存储电池种类、生产日期等信息。可起到产品的可追溯和应用的限制。
二、保护板的主要作用 一般要求在-25℃～85℃时Control(IC)检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流、电压，在一切正常情况下C-MOS开关管导通，使电芯与保护电路板处于正常工作状态，而当电芯 电压或回路中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值时，在15～30ms内（不同控制IC 与C-MOS有不同的响应时间），将CMOS关断，即关闭电芯放电或充电回路，以保证使用 者与电芯的安全。 第二章保护板的工作原理 保护板的工作原理图： 如图中，IC由电芯供电，电压在2v－5v均能保证可靠工作。 1、过充保护及过充保护恢复 当电池被充电使电压超过设定值VC(4.25-4.35V，具体过充保护电压取决于IC)后，VD1 翻转使Cout变为低电平，T1截止，充电停止.当电池电压回落至VCR(3.8-4.1V，具体过充保护恢复电压取决于IC)时，Cout变为高电平，T1导通充电继续， VCR必须小于VC一个定值，以防止频繁跳变。 2、过放保护及过放保护恢复 当电池电压因放电而降低至设定值VD（2.3-2.5V，具体过充保护电压取决于IC）时， VD2翻转，以短时间延时后，使Dout变为低电平，T2截止，放电停止，当电池被置于充电时，内部或门被翻转而使T2再次导通为下次放电作好准备。 3、过流、短路保护 当电路充放回路电流超过设定值或被短路时，短路检测电路动作，使MOS管关断，电流截止。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920642242.9 (22)申请日 2019.05.07 (73)专利权人 苏州市新方纬电子有限公司 地址 215000 江苏省苏州市吴中区越溪街 道前珠路18-38号2幢 (72)发明人 杭志方 金新华 (74)专利代理机构 北京和联顺知识产权代理有 限公司 11621 代理人 程亮 (51)Int.Cl. G01R 31/00(2006.01) G01R 1/04(2006.01) (54)实用新型名称 一种锂电池保护板检测装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种锂电池保护板检测 装置，具体涉及锂电池制造技术领域，包括底座， 所述底座顶部设置有箱体，所述箱体内部设置有 第一电动推杆，所述第一电动推杆顶部设置有固 定块，所述固定块顶部设置有检测装置，所述固 定块外部设置有限位块，所述箱体顶部设置有检 测探针，所述检测探针顶部设置有探针安装座， 所述探针安装座顶部设置有第二电动推杆，所述 第二电动推杆顶部设置有滑块。本实用新型通过 设有检测板和滑块，用户可根据保护板的尺寸选 择相对应的检测板，用户可推动滑块，使滑块带 动底部的第二电动推杆滑动到检测板顶部，在检 测探针和检测板上的检测端子共同作用下，从而 实现对锂电池保护板电性能的检测。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 209911480 U 2020.01.07 C N 209911480 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209911480 U 1.一种锂电池保护板检测装置，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)顶部设置有箱体(2)，所述箱体(2)内部设置有第一电动推杆(3)，所述第一电动推杆(3)顶部设置有固定块(4)，所述固定块(4)顶部设置有检测装置(5)，所述固定块(4)外部设置有限位块(6)，所述箱体(2)顶部设置有检测探针(7)，所述检测探针(7)顶部设置有探针安装座(8)，所述探针安装座(8)顶部设置有第二电动推杆(9)，所述第二电动推杆(9)顶部设置有滑块(10)，所述滑块(10)内部设置有滑板(11)，所述滑块(10)顶部设置有定位装置(12)； 检测装置(5)包括有检测板(51)、检测端子(52)、转动轴(53)和减速电机(54)，所述固定块(4)内部设置有转动轴(53)，所述转动轴(53)外部固定连接有检测板(51)，所述减速电机(54)输出端与转动轴(53)传动连接，所述检测板(51)一侧设置有检测端子(52)； 定位装置(12)包括有把手(121)、弹簧(122)和定位销(123)，所述滑板(11)贯穿滑块(10)中部，所述滑块(10)与滑板(11)为滑动连接，所述把手(121)底部贯穿滑块(10)，所述把手(121)与滑块(10)为滑动连接，所述把手(121)底部固定连接有定位销(123)，所述把手(121)表面套接有弹簧(122)。 2.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板检测装置，其特征在于：所述滑板(11)顶部设置有定位槽(13)，所述定位槽(13)与定位销(123)相卡接，所述滑块(10)两端均设置有固定杆。 3.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板检测装置，其特征在于：所述箱体(2)顶部设置有开口，所述开口位于第一电动推杆(3)正上方。 4.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板检测装置，其特征在于：所述限位块(6)焊接在固定块(4)上。 5.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板检测装置，其特征在于：所述转动轴(53)与固定块(4)连接处均设置有轴承。 6.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板检测装置，其特征在于：所述底座(1)底部设置由支撑腿。 2
S8261和DW01-8205A主流锂电池保护板原理图说明 锂电池保护板的主要参数 锂电池保护板主要由保护IC和MOS管构成 （1）保护IC主要参数 1)?封装 2)?过充电压 3)?过充释放电压 4)?过放电压 5)?过放释放电压 6)?耐压 (2) MOSFET主要参数 1) N沟、P沟 2)?内阻 3)?封装（TSSOP8 <简称薄片>?、SOP8<简称厚片>、SOT23-6等） 4)?耐电流 5)?耐电压 6)?内部是否连通 锂电池保护板的工作原理 锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,保护板有两个核心部件：一块保护IC，它是由精确的比较器来获得可靠的保护参数；另外是MOSFET串在主充放电回路中担当高速开关，执行保护动作。下面以DW01?配MOS管8205A进行讲解: 激活保护板的方法：当保护板P+、P-没有输出处于保护状态，可以短路B-、P-来激活保护板，这时，Dout、Cout均会处于低电平（保护IC此两端口是高电平保护，低电平常态）状态打开两个MOS开关。 1.锂电池保护板其正常工作过程为: 当电芯电压在至之间时，DW01?的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01?的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01?的电压，故均处于导通状态，即两个
电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。 2.保护板过放电保护控制原理: 当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01?内部将 通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约时DW01?将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的P?与P-间接上充电电压后，DW01?经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1 脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯经充电器直接充电。 3.保护板过充电保护控制原理: 当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到时,DW01?将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的充电回路被切断，电芯将停止充电。保护板处于过充电状态并一直保持。等到保护板的P?与P-间接上放电负载后，因此时虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二极管正方向与放电回路的方向相同,故放电回路可以进行放电,当电芯的电压被放到低于时,DW01?停止过充电保护状态重新在第3脚输出高电压，使8205A内的过充电控制管导通，即电芯的B-与保护板P-又重新接上，电芯又能进行正常的充放电. 4.保护板短路保护控制原理: 在保护板对外放电的过程中，8205A内的两个电子开关并不完全等效于两个机械开关，而是等效于两个电阻很小的电阻，并称为8205A的导通内阻，每个开关的导通内阻约为30m\U 03a9共约为60m\U 03a9，加在G极上的电压实际上是直接控制每个开关管的导通电阻的大小当G极电压大于1V时，开关管的导通内阻很小(几十毫欧)，相当于开关闭合，当G极电压小于以下时，开关管的导通内阻很大(几MΩ)，相当于开关断开。电压UA就是8205A的导通内阻与放电电流产生的电压，负载电流增大则UA必然增大,因UA0.006L×IUA又称为8205A的管压降，UA可以简接表明放电电流的大小。上升到时便认为负载电流到达了极限值，于是停止第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V、