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介紹鋰離子電池保護(hù)電路工作原理

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:923次  |  2021年02月24日  

鋰離子電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成,保護(hù)板由電子元件組成,在-40℃~+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流,并及時(shí)控制電流回路的通斷;PTC的重要用途是在高溫環(huán)境下進(jìn)行保護(hù),防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。


保護(hù)電路通常由控制IC、MOs開(kāi)關(guān)管、熔斷保險(xiǎn)絲、電阻、電容等元件組成,如圖2所示。正常的情況下,控制IC輸出信號(hào)控制MOs開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,使電芯與外電路導(dǎo)通,當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí),它立即控制MOS管關(guān)斷,以保護(hù)電芯的安全。


1、正常狀態(tài)


在正常狀態(tài)下電路中N1的CO與DO腳都輸出高電壓,兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài),鋰離子電池可以自由地進(jìn)行充電和放電,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí),通常小于7μA。


2、過(guò)充電保護(hù)


鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓,在充電初期,為恒流充電,隨著充電過(guò)程,電壓會(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同,有的電池要求恒壓值為4.1V),轉(zhuǎn)為恒壓充電,直至電流越來(lái)越小。


電池在被充電過(guò)程中,假如充電器電路失去控制,會(huì)使電池電壓超過(guò)4.2V后繼續(xù)恒流充電,此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升,當(dāng)電池電壓被充電至超過(guò)4.3V時(shí),電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇,會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。


在帶有保護(hù)電路的電池中,當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.28V時(shí),其CO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了充電回路,使充電器無(wú)法再對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電,起到過(guò)充電保護(hù)用途。而此時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在,電池可以通過(guò)該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制IC檢測(cè)到電池電壓超過(guò)4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間,還有一段延時(shí)時(shí)間,該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定,通常設(shè)為1秒左右,以防止因干擾而造成誤判斷。


3、過(guò)放電保護(hù)


鋰離子電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中,其電壓會(huì)隨著放電過(guò)程逐漸降低,當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí),其容量已被完全放光,此時(shí)假如讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電,將造成電池的永久性損壞。


在電池放電過(guò)程中,當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時(shí),其DO腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電,起到過(guò)放電保護(hù)用途。而此時(shí)由于V1自帶的體二極管VD1的存在,充電器可以通過(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。


由于在過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低,因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小,此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài),整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1μA。在控制IC檢測(cè)到鋰離子電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間,也有一段延時(shí)時(shí)間,該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定,通常設(shè)為100毫秒左右,以防止因干擾而造成誤判斷。


4、過(guò)電流保護(hù)


由于鋰離子電池的化學(xué)特性,鋰離子電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過(guò)2C(C=電池容量/小時(shí)),當(dāng)電池超過(guò)2C電流放電時(shí),將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。


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