【正文】 動(dòng)力鋰電池磷酸鐵鋰電池，市場(chǎng)上已有的保護(hù)電路并不多。而關(guān)于鋰電池組的保護(hù)電路則更少了，且這些鋰電池組保護(hù)電路支持的電池串?dāng)?shù)較少（一般不多于 6 串），這就使得其對(duì)大型鋰電池組的保護(hù)力不從心了?；诖朔N情 況，就需要一種功能全面且基本適用于各種型號(hào)及類型的鋰電池甚至是鋰電池組的保護(hù)電路系統(tǒng)。這種保護(hù)電路需要具備過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、電量平衡保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等功能、支持 6 串以上的電池組使用且可以擴(kuò)展，根據(jù)其擴(kuò)展性可讓電路適用于更多的使用環(huán)境。并且基于這種擴(kuò)展性可以使此電路作為鋰電池保護(hù)電路的開發(fā)模板，以其為藍(lán)本通過(guò)更改參數(shù)及更換不同功率的器件設(shè)計(jì)出同類型的衍生電路。 畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 6頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 課題的研究方向和發(fā)展前景 鋰電池保護(hù)電路的現(xiàn)狀 目前市場(chǎng)上已有的各種鋰電池保護(hù)電路的類型有兩種，一種是使用分立元件，另一種是使用專 業(yè)的電池管理檢測(cè)芯片。 使用分立元件制作而成的保護(hù)電路成本低廉，但是檢測(cè)精度普遍不高，約在 200毫伏左右；分立元件的集成度較低，造成整體電路體積過(guò)大；而且分立元件制成的鋰電池保護(hù)電路考慮到穩(wěn)定性的問題，一般不帶有電量平衡保護(hù)部分，這些都使得分立元件的保護(hù)電路適用范圍減小。其諸多的缺點(diǎn)使得其、它只能適用于低端產(chǎn)品市場(chǎng)，而對(duì)于相對(duì)高端的電子產(chǎn)品則很少使用這種類型的保護(hù)電路。 圖 TSSOP 封裝圖 使用專業(yè)電池管理 IC 的話雖然成本偏高一些，但是可以保證較高的精度，精度高的可以達(dá)到 50mv 以下；且集 成度高，使用 TSSOP 或更高等級(jí)封裝芯片構(gòu)成的單節(jié)保護(hù)電路可做到指甲蓋大小，其封裝大小見圖 ；現(xiàn)在電池充放電管理的芯片在市場(chǎng)占有上基本是精工電子一家獨(dú)大，占絕大部分市場(chǎng)，其產(chǎn)品功能全面， S820S825 S8211 等都具有過(guò)放保護(hù)、過(guò)充保護(hù)、電量平衡保護(hù)的功能。 畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 7頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 鋰電池保護(hù)電路的發(fā)展前景 鋰電池保護(hù)電路未來(lái)的發(fā)展將以提高偵測(cè)電壓的精度、降低保護(hù) IC 的功耗及包裝成本、整合 MOS、改進(jìn)誤動(dòng)作防止功能等，同時(shí)充電器連接端子的高耐壓化也是開發(fā)的重點(diǎn)。 對(duì)于鋰電池保護(hù)芯片的封裝，目前已 由 SOT23 漸漸的朝向 SON，將來(lái)還有 CSP的封裝，甚至 COB 封裝產(chǎn)品的出現(xiàn)，用以滿足現(xiàn)在所強(qiáng)調(diào)的輕薄短小的需求。當(dāng)然，功能組件單晶化是一致的目標(biāo)，如目前行動(dòng)電話制造商都朝向?qū)⒈Ｗo(hù) IC、充電電路、電源管理 IC 等外圍電路集成單芯片，與邏輯 IC 構(gòu)成雙芯片的芯片組。但目前要使Power MOS 管的開路阻抗降低使其與其它 IC 合組，即使以特殊技術(shù)制成單芯片成本也將會(huì)過(guò)高。因此，鋰電池保護(hù)芯片的單晶化將需一段時(shí)間來(lái)解決。 鋰電池保護(hù)電路的整體體積也會(huì)隨著保護(hù)芯片封裝的改進(jìn)而越來(lái)越精巧，適用于更多的精密儀器。 選題的目的和意義 鋰電池保護(hù)電路是應(yīng)用鋰電池所必須的電路部分，缺少了保護(hù)電路的使用，鋰電池將縮短使用壽命、造成安全隱患、損毀用電設(shè)備，所以設(shè)計(jì)并制作一個(gè)高效穩(wěn)定的鋰電池保護(hù)電路是有著實(shí)際意義的。 由于目前市場(chǎng)上還沒有推出功能齊全、功能可擴(kuò)展且支持電池組串?dāng)?shù)超過(guò) 6 串的鋰電池保護(hù)電路，所以設(shè)計(jì)并制作出這樣一個(gè)鋰電池保護(hù)電路具有一定的創(chuàng)新性。而且由于功能齊全，所以可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)更改電路參數(shù)或器件類型來(lái)開發(fā)出新的型號(hào)。又因?yàn)樗目蓴U(kuò)展性，可以根據(jù)電池組的串?dāng)?shù)組合出符合要求的保護(hù)電路。正是因?yàn)樵O(shè)計(jì)并制作出這樣一 種鋰電池保護(hù)電路具有研究和實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，所以我選擇這個(gè)題目作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 通過(guò) 制鋰電池保護(hù)電路可以加深對(duì)電源技術(shù)、電力電子技術(shù)等 知識(shí)理解和掌握 。在制作過(guò)程中， 培養(yǎng) 個(gè)人 獨(dú)立思考問題和解決問題的能力 ， 為今后工作做好技術(shù)儲(chǔ)備 。 畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 8頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 設(shè)計(jì)要求 表 各種保護(hù)功能的設(shè)計(jì)參數(shù)要求 如表 所示，列出了過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、電量均衡保護(hù)的具體執(zhí)行閥值和精度的要求。其中過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、電量均衡保護(hù)的精度是根據(jù)所選芯片決定的。 表 鋰電池及充電器性能參數(shù) BL5C 型鋰電池 充電電壓（ V） 充電電流（ mA） 電池容量（ mAh） ≤ 1000 970 萬(wàn)能型充電器 輸出電壓（ V） 輸出電流（ mA） 充電時(shí)間（ h） ≤ 300 類型 功能 項(xiàng)目 參數(shù) 精度 保 護(hù) 功 能 過(guò)充保護(hù) 過(guò)充保護(hù)電壓（ V） 177。 50(mV) 過(guò)充保護(hù)延時(shí) (mS) ＜ 1000 177。 50(mS) 過(guò)充保護(hù)解除電壓（ V） 177。 100(mV) 過(guò)放保護(hù) 過(guò)放保護(hù)電壓（ V） 177。 100(mV) 過(guò)放保護(hù)延時(shí) (mS) ＜ 100 177。 50(mS) 過(guò)放保護(hù)解除電壓（ V） 177。 100(mV) 過(guò)流保護(hù) 過(guò)流保護(hù)值（ A） 1 177。 50(mA) 過(guò)流保護(hù)延遲 (mS) ＜ 500 177。 100(mS) 過(guò)流保護(hù)恢復(fù)條件 斷開負(fù)載 短路保護(hù) 短路保護(hù)值 (A) 2 177。 1(A) 短路保護(hù)延遲 (uS) ＜ 200 177。 100(uS) 短路保護(hù)恢復(fù)條件 斷開負(fù)載 均衡保護(hù) 均衡電流 (mA) 500 177。 60(mA) 均衡開啟電壓（ V） 177。 50(mV) 均衡精度（ mV） 50 177。 50(mV) 畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 9頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 (a) BL5C 鋰電池的充電特性曲線 圖 (b) BL5C 鋰電池的放電特性曲線 測(cè)試時(shí)電池使用 Nokia BL5C 型手機(jī)鋰電池，充電器選用與其匹配的萬(wàn)能型充電器，其具體參數(shù)見表 ， BL5C 的充放電特性見圖 (a)及 (b)，此圖源于三洋能源有限公司測(cè)試組。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，組成電路所選擇的元件的耐壓值要大于 5v，耐流值要達(dá)到 1A，這些要求是根據(jù)測(cè)試時(shí)選用的電池及充電器確定的。如果要使用磷酸鐵鋰電池及相應(yīng)充電器，那么元件的耐流值要更大達(dá)到 20A 甚至更高，則 相應(yīng)地，電路的制作成本將大大超出畢業(yè)設(shè)計(jì)所提供的經(jīng)費(fèi)，無(wú)法選用動(dòng)力電池對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)所制作的保護(hù)電路進(jìn)行測(cè)試。故選用上述鋰電池及充電器。 畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 10頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 鋰電池的介紹 鋰電池簡(jiǎn)介 鋰電池（鋰原電池）和鋰離子電池是 20 世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池。鋰原電池的負(fù)極是金屬鋰，正極用 MnO2， SOCl2， (CFx)n 等。 70 年代進(jìn)入實(shí)用化?，F(xiàn)在，鋰離子電池應(yīng)用范圍更加廣泛，如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等。 鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應(yīng)： Li+MnO2=LiMnO2，該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高，所以鋰電池生產(chǎn)要在特殊的環(huán)境條件下進(jìn)行。 鋰原電池之后發(fā)明了 以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放 電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。在 鋰離子電池 的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極 → 負(fù)極 → 正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 鋰離子電池 就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運(yùn)動(dòng)員一樣在搖椅來(lái)回奔跑 ， 所以 鋰離子電池 又叫搖椅式電池?，F(xiàn)在鋰離子電池的大量使用，已經(jīng)逐漸代替了不安全的鋰電池，所以已經(jīng)習(xí)慣用鋰電池來(lái)稱呼鋰離子電池。 鋰電池的特點(diǎn) 鋰離子電池：是一種高能量密度的電池，它與同樣大小的鎳鎘電 池、鎳金屬氫電池相比，電量?jī)?chǔ)備更大、重量也更輕。鋰離子電池基于安全性的考慮，其還內(nèi)置了一塊控制芯片，提供對(duì)電量、電壓、電流等等眾多方面的保護(hù)控制，能夠避免對(duì)電池構(gòu)成過(guò)度充電而造成危險(xiǎn)的現(xiàn)象，進(jìn)一步提升電池的使用安全性。 畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 11頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 鋰電池的優(yōu)點(diǎn)： 比能量高。具有高儲(chǔ)存能量密度，目前已達(dá)到 460600Wh/kg，是鉛酸電池的約 6～ 7 倍； 使用壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到 6 年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池用 1A DOD充放，有可以使用 10,000 次的記錄； 額定電壓高（單體工作電壓為 或 ），約等于 3 只 鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組； 具備高功率承受力，其中電動(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到 1530A充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速； 自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到 1%/月以下，不到鎳氫電池的 1/20； 重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的 1/56； 高低溫適應(yīng)型強(qiáng)，可以在 20℃ ～ 60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過(guò)工藝上的處理，可以在 45℃環(huán)境下使用； 綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元 素和物質(zhì)； 生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國(guó)來(lái)說(shuō)，十分有利。 鋰電池的缺點(diǎn)： 鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)； 鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差； 鋰離子電池均需保護(hù)線路，防止電池被過(guò)充過(guò)放電； 生產(chǎn)要求條件高，成本高。 表 鋰電池與其它電池性能的比較 性能 鋰電池 鎳氫電池 鎳鎘電池 鉛酸蓄電池 工作電壓（ v） 能量密度（ Whkg1） 100~160 65 50 35 循環(huán)壽命（次） 500~1200 300~700 300~600 150~400 自放電率（