18650锂离子电池怎么设计保护板?

在锂离子电池保护板正常情况下的情况下，Vdd为高电平，Vss，VM为低电平，DO、CO为高电平，当Vdd，Vss，VM任何一项参数变换时，DO或CO端的电平将出现变化。

1、正常情况下状态

在正常情况下状态下电路中N1的CO与DO脚都输出高电压，两个MOSFET都处于通断状态，电池可以自由地进行充电和放电，考虑到MOSFET的通断阻抗比较小，一般而言小于30毫欧，因此其通断电阻对电路的性能指标影响比较小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级，一般而言小于7μA。

2、过充电保护

锂离子电池规定要求的充电方式为恒流电源/恒压，在充电初期，为恒流电源充电，随着充电整个过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池规定要求恒压值为4.1V)，转变成恒压充电，直至电流越来越小。电池在被充电整个过程中，假如充电器电路失去控制，会使电池电压超出4.2V后继续恒流电源充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超出4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.28V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其CO脚将由高电压转变为零电压，使V2由通断转变成关断，从而切断了充电控制回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护用途。而此时考虑到V2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外界负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超出4.28V至发出关断V2信号之间，也有每段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，一般而言设为1秒左右，以防止出现因干扰而造成误判断。

3、过放电保护

电池在对外界负载放电整个过程中，其电压会随着放电整个过程慢慢地降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时假如让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。在电池放电整个过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其DO脚将由高电压转变为零电压，使V1由通断转变成关断，从而切断了放电控制回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护用途。而此时考虑到V1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。考虑到在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此规定要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到电池电压低于2.3V至发出关断V1信号之间，也有每段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，一般而言设为100毫秒左右，以防止出现因干扰而造成误判断.

4、短路保护

电池在对负载放电整个过程中，若控制回路电流大到使U>0.9V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，控制IC则判断为负载短路，其DO脚将迅速由高电压转变为零电压，使V1由通断转变成关断，从而切断放电控制回路，起到短路保护用途。短路保护的延时时间极短，一般而言小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不相同。除了控制IC外，电路中还有一个重要元件，就是MOSFET，它在电路中起着电源开关的用途，考虑到它直接串接在电池与外部负载之间，因此它的通断阻抗对电池的性能指标有影响，当选用的MOSFET较好时，其通断阻抗比较小，电池包的内阻就小，带载能力也强，在放电时其消耗的电能也少。

5、过电流保护

考虑到锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超出2C(C=电池容量/小时)，当电池超出2C电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。电池在对负载正常情况下放电整个过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，考虑到MOSFET的通断阻抗，会在其两端出现一个电压，该电压值U=I*RDS*2，RDS为单个MOSFET通断阻抗，控制IC上的V-脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使控制回路电流增大，当控制回路电流大到使U>0.1V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其DO脚将由高电压转变为零电压，使V1由通断转变成关断，从而切断了放电控制回路，使控制回路中电流为零，起到过电流保护用途。在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间，也有每段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，一般而言为13毫秒左右，以防止出现因干扰而造成误判断。在上述控制整个过程中可知，其过电流检测值大小不但取决于控制IC的控制值，还取决于MOSFET的通断阻抗，当MOSFET通断阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小。