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闡述鋰電池保護板原理

來源:http://www.gsebsscresult.com/news77491.html發布時間:2019/5/17 3:00:00

  

  鋰電池(可充型)之所以需要保護,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充、過放、過流、短路及超高溫充放電,因此鋰電池鋰電組件總會跟著一塊精致的保護板和一片電流保險器出現。 

  1、正常狀態 

  在正常狀態下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓,兩個MOSFET都處于導通狀態,電池可以自由地進行充電和放電,由于MOSFET的導通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導通電阻對電路的性能影響很小。 

  此狀態下保護電路的消耗電流為μA級,通常小于7μA。 

  2、過充電保護 

  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,隨著充電過程,電壓會上升到四點二伏(根據正極材料不同,有的電池要求恒壓值為四點一伏),轉為恒壓充電,直至電流越來越小。 

  電池在被充電過程中,如果充電器電路失去控制,會使電池電壓超過四點二伏后繼續恒流充電,此時電池電壓仍會繼續上升,當電池電壓被充電至超過四點三伏時,電池的化學副反應將加劇,會導致電池損壞或出現安全問題。  

  在帶有保護電路的電池中,當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“CO”腳將由高電壓轉變為零電壓,使T1由導通轉為關斷,從而切斷了充電回路,使充電器無法再對電池進行充電,起到過充電保護作用。而此時由于T1自帶的體二極管VD1的存在,電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。 

  在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發出關斷T1信號之間,還有一段延時時間,該延時時間的長短由C2決定,通常設為1秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。 

  3、過放電保護 

  電池在對外部負載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當電池電壓降至2.5V時,其容量已被完全放光,此時如果讓電池繼續對負載放電,將造成電池的******性損壞。 

  在電池放電過程中,當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓,使T2由導通轉為關斷,從而切斷了放電回路,使電池無法再對負載進行放電,起到過放電保護作用。而此時由于T2自帶的體二極管VD2的存在,充電器可以通過該二極管對電池進行充電。 

  由于在過放電保護狀態下電池電壓不能再降低,因此要求保護電路的消耗電流極小,此時控制IC會進入低功耗狀態,整個保護電路耗電會小于0.1μA。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發出關斷T2信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C2決定,通常設為100毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。

    

  4、過電流保護 

  由于鋰離子電池的化學特性,電池生產廠家規定了其放電電流*不能超過2C(C=電池容量/小時),當電池超過2C電流放電時,將會導致電池的******性損壞或出現安全問題。 

  電池在對負載正常放電過程中,放電電流在經過串聯的2個MOSFET時,由于MOSFET的導通阻抗,會在其兩端產生一個電壓,該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導通阻抗,控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測,若負載因某種原因導致異常,使回路電流增大,當回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓,使T2由導通轉為關斷,從而切斷了放電回路,使回路中電流為零,起到過電流保護作用。 

  在控制IC檢測到過電流發生至發出關斷T2信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C2決定,通常為13毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。 

  在上述控制過程中可知,其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值,還取決于MOSFET的導通阻抗,當MOSFET導通阻抗越大時,對同樣的控制IC,其過電流保護值越小。 

  5、短路保護 

  電池在對負載放電過程中,若回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,控制IC則判斷為負載短路,其“DO”腳將迅速由高電壓轉變為零電壓,使T2由導通轉為關斷,從而切斷放電回路,起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短,通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似,只是判斷方法不同,保護延時時間也不一樣。

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