什么是鋰電池保護(hù)板?

?鋰電池保護(hù)板是對(duì)串聯(lián)鋰電池組的充放電保護(hù)；在充滿電時(shí)能保證各單體電池之間的電壓差異小于設(shè)定值（一般±20mV），實(shí)現(xiàn)電池組各單體電池的均充，有效地改善了串聯(lián)充電方式下的充電效果；同時(shí)檢測(cè)電池組中各個(gè)單體電池的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫狀態(tài)，保護(hù)并延長(zhǎng)電池使用壽命；欠壓保護(hù)使每一單節(jié)電池在放電使用時(shí)避免電池因過(guò)放電而損壞。 ? 成品鋰電池組成主要有兩大部分，鋰電池芯和保護(hù)板，鋰電池芯主要由正極板、隔膜、負(fù)極板、電解液組成；正極板、隔膜、負(fù)極板纏繞或?qū)盈B，包裝，灌注電解液，封裝后即制成電芯，鋰電池保護(hù)板的作用很多人都不知道，鋰電池保護(hù)板，顧名思義就是保護(hù)鋰電池用的，鋰電池保護(hù)板的作用是保護(hù)電池不過(guò)放、不過(guò)充、不過(guò)流，還有就是輸出短路保護(hù)。 ?

鋰電池保護(hù)板技術(shù)參數(shù)?

?均衡 電流 ：80mA（VCELL=4.20V時(shí)） 均衡起控點(diǎn)：4.18±0.03 V過(guò)充門限 ：4.25±0.05 V （4.30±0.05 V可選） 過(guò)放門限 ：2.90±0.08 V （2.40±0.05 V可選） 過(guò)放延時(shí) ：5mS 過(guò)放釋放 ：斷開負(fù)載，并且各單體電池電壓均高于過(guò)放門限； 過(guò)流釋放 ：斷開負(fù)載釋放 過(guò)溫保護(hù) ：有接口，需安裝可恢復(fù)性溫度保護(hù)開關(guān)； 工作電流 ：15A（根據(jù)客戶選擇） 靜態(tài)功耗 ：《0.5mA 短路保護(hù)功能：能保護(hù)，斷開負(fù)載可自恢復(fù)。 主要功能：過(guò)充保護(hù)功能，過(guò)放保護(hù)功能，短路保護(hù)功能，過(guò)流保護(hù)功能，過(guò)溫保護(hù)功能，均衡保護(hù)功能。 接口定義：該板的充電口與放電口相互獨(dú)立，兩者共正極，B-為連接電池的負(fù)極，C-為充電口的負(fù)極；P-為放電口的負(fù)極；B-、P-、C-焊盤均是過(guò)孔式，焊盤孔直徑均為3mm;電池各充電檢測(cè)接口以DC針座形式輸出。 參數(shù)說(shuō)明：最大工作電流和過(guò)流保護(hù)電流值的配置，單位：A（5/8，8/15，10/2012/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊過(guò)流值可以按客戶要求定制。 ?

鋰電池保護(hù)板原理?

?鋰電池（可充型）之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。 ? 鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。 ? 普通鋰電池保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容及輔助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存儲(chǔ)器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制 MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。 ? 在保護(hù)板正常的情況下，Vdd為高電平，Vss，VM為低電平，DO、CO為高電平，當(dāng)Vdd，Vss，VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時(shí)，DO或CO端的電平將發(fā)生變化。 　?

?1、過(guò)充電檢出電壓：在通常狀態(tài)下，Vdd逐漸提升至CO端由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。?

?2、過(guò)充電解除電壓：在充電狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至CO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)VDD-VSS間電壓。

3、過(guò)放電檢出電壓：通常狀態(tài)下，Vdd逐漸降低至D O端由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VDD- VSS間電壓。?

?4、過(guò)放電解除電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，Vdd逐漸上升到DO端由低電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí) VDD-VSS間電壓 。?

?5、過(guò)電流1檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM逐漸升至DO由高電平 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。?

?6、過(guò)電流2檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM從OV起以1ms以上4ms以下的速度升到 DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。 7、負(fù)載短路檢出電壓：在通常狀態(tài)下，VM以O(shè)V起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。?

?8、充電器檢出電壓：在過(guò)放電狀態(tài)下，VM以O(shè)V逐漸下降至DO由低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍r(shí)VM-VSS間電壓。?

?9、通常工作時(shí)消耗電流：在通常狀態(tài)下，流以VDD端子的電流（IDD）即為通常工作時(shí)消耗電流。?

?10、過(guò)放電消耗電流：在放電狀態(tài)下，流經(jīng)VDD端子的電流（IDD）即為過(guò)流放電消耗電流。 ??

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?1、通常狀態(tài)：電池電壓在過(guò)放電檢出電壓以上（2.75V以上），過(guò)充電檢出電壓以下（4.3V以下），VM端子的電壓在充電器檢出電壓以上，在過(guò) 電流/檢出電壓以下（OV）的情況下，IC通過(guò)監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而控制MOS管，DO、CO端都為高電 平，MOS管處導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)可以自由的充電和放電；?

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提出了一種基于集成運(yùn)放的交流檢測(cè)電路，該電路由電壓衰減電路、差分運(yùn)算放大及合成電路、電壓過(guò)零檢測(cè)及頻率檢測(cè)電路等組成。通過(guò)理論推導(dǎo)，給出了電路關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算公式，并用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果與理論計(jì)算值一致。根據(jù)仿真設(shè)計(jì)參數(shù)，搭建了實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)際檢測(cè)電壓為3.4 V，電壓過(guò)零檢測(cè)信號(hào)為5 V方波，頻率為100 Hz，與理論計(jì)算及仿真結(jié)果一致，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路的可行性。

電路簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，為各種電源及儀表系統(tǒng)交流電檢測(cè)提供了一種新嘗試。 ? 0引言 目前不間斷電源、應(yīng)急電源、高頻整流器、逆變器、變頻器、太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等領(lǐng)域都要對(duì)交流電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，以獲取電壓大小、頻率和過(guò)零檢測(cè)等參數(shù)，從而對(duì)電源進(jìn)行精確控制?，F(xiàn)有方法中，通常先通過(guò)變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)整流后分壓，最后由單片機(jī)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，得到電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)，另外再通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路得到過(guò)零檢測(cè)數(shù)據(jù)。然而由于該方法需要實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)和過(guò)零檢測(cè)兩個(gè)電路，且需要變壓器等器件，設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高。 ??

?基于此，文中提出一種基于集成運(yùn)放的交流電壓檢測(cè)電路，通過(guò)簡(jiǎn)單的分立器件和常用的集成運(yùn)放器件，實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測(cè)交流信號(hào)的電壓、電壓頻率及過(guò)零點(diǎn)參數(shù)，價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單可靠、且易于實(shí)現(xiàn)。 ?

1電路組成及原理?交流電壓檢測(cè)包括電壓大小、頻率及過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)等，檢測(cè)到的信號(hào)要通過(guò)處理器計(jì)算處理，對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行精確控制。以市電為例，其有效值為220 V，峰值為310 V左右，如圖1所示。但實(shí)際單片機(jī)控制芯片均為低壓器件，所以檢測(cè)電路應(yīng)包括電壓衰減電路、運(yùn)算放大及合成電路、過(guò)零及頻率檢測(cè)電路等，具體電路如圖2所示。

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1.1電路原理分析?

?交流電檢測(cè)是通過(guò)弱電控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，220 V交流電必須經(jīng)過(guò)電壓衰減，降為弱小的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)集成運(yùn)放電路進(jìn)行信號(hào)放大合成，才能被單片機(jī)等控制芯片可靠接收，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠控制。 ? 如圖2所示，電壓衰減電路由R1、R3、R5、R6及直流偏置電壓源組成，市電V1經(jīng)過(guò)4個(gè)電阻的分壓，在節(jié)點(diǎn)A、B處獲得毫伏級(jí)的弱電電壓信號(hào)。此弱電信號(hào)作為集成運(yùn)算放大器的輸入信號(hào)，再進(jìn)行比例放大。

為減少實(shí)際應(yīng)用中供電電源的數(shù)量，集成運(yùn)放采用單電源供電，則一個(gè)運(yùn)算放大電路只能輸出交流電的正向電壓，為能全部還原輸出交流電信號(hào)，須用另一個(gè)集成運(yùn)放，且運(yùn)放輸入端口信號(hào)反接，則能將交流電的負(fù)半周電壓轉(zhuǎn)化為正電壓輸出。兩個(gè)運(yùn)算放大電路輸出的電壓信號(hào)VAO、VBO經(jīng)過(guò)兩個(gè)電阻連接在一起，進(jìn)行交流電壓信號(hào)合成，輸出信號(hào)為VO，此信號(hào)可以直接接入單片機(jī)或DSP等控制器進(jìn)行后續(xù)運(yùn)算和控制處理。兩路運(yùn)放輸出的任一路信號(hào)，均可作為過(guò)零及頻率檢測(cè)電路的輸入，文中以負(fù)電壓輸出作為過(guò)零及頻率檢測(cè)電路的輸入，則在交流電的正半周，此運(yùn)放輸出為零電壓，開關(guān)三極管Q1不導(dǎo)通，Vzero輸出為高電平，當(dāng)交流電正向電壓降到零，負(fù)電壓開始增大時(shí)，運(yùn)放輸出電壓開始增大，觸發(fā)開關(guān)三極管Q1導(dǎo)通，Vzero輸出為低電平，當(dāng)交流電不斷變換時(shí)，Vzero即為高低電平的脈沖信號(hào)，高低電平的脈沖沿即為過(guò)零點(diǎn)，而脈沖信號(hào)的周期即為交流電信號(hào)的周期，從而可以通過(guò)單片機(jī)或DSP捕捉Vzero信號(hào)，通過(guò)計(jì)算處理后，可得到交流信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)和頻率參數(shù)。 ?

1.2電路參數(shù)計(jì)算?實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)A、B處的電壓VAB、運(yùn)放輸出電壓VAO、VBO、合成電壓VO、過(guò)零檢測(cè)信號(hào)Vzero等是關(guān)鍵參數(shù)，因此，必須對(duì)電路進(jìn)行等效分析，計(jì)算出合理的參數(shù)值，才能保證檢測(cè)電路可靠運(yùn)行。 ? 電壓衰減電路，相當(dāng)于兩個(gè)電壓源單獨(dú)作用時(shí)，在節(jié)點(diǎn)A、B處電壓的疊加，利用疊加定理，可得： ??

?? 式中，V1為檢測(cè)的交流電壓，實(shí)際應(yīng)用中，一般取R5=R6，R1=R3，則有： ??

?? 圖2中兩個(gè)集成運(yùn)放電路均是差分運(yùn)算放大電路，根據(jù)差分運(yùn)算放大電路特性，則有： ??

?? 合成電壓VO可看成VAO、VBO單獨(dú)作用于R15、R16串聯(lián)電路中點(diǎn)的電壓疊加，由疊加定理可得: ??

?? 實(shí)際應(yīng)用中，取R15=R16，則有: ??

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2仿真與實(shí)驗(yàn)?在Multisim軟件中，基于圖2市電檢測(cè)電路建立了仿真模型。實(shí)際應(yīng)用中，市電的檢測(cè)以220 V為中心，存在正負(fù)20%的波動(dòng)，要使檢測(cè)到的參數(shù)值能很好地被單片機(jī)或DSP等控制芯片捕獲，一般要求合成的檢測(cè)電壓范圍在5 V以內(nèi)。因此，根據(jù)上述原理分析及參數(shù)計(jì)算，電路模型關(guān)鍵參數(shù)選取如表1所示。 ? 根據(jù)表1參數(shù)，在Multisim軟件中對(duì)圖2電路進(jìn)行了仿真。 ??

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?圖3給出了市電電壓波形和衰減后的信號(hào)波形。由圖可知，220 V市電，峰值電壓為310 V左右，衰減后的電壓峰值為200 mV左右。將表1參數(shù)值代入式(2)，可得衰減后的信號(hào)峰值為200 mV，仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。 ??

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