锂电池保护板原理有哪些知识点

2020-09-09      1004 次浏览

1、正常情况


在正常情况下电路中N1的CO与DO脚都输出高电压,两个MOSFET都处于导通情况,电池可以自由地进行充电和放电,由于MOSFET的导通阻抗很小,一般小于30毫欧,因此其导通电阻对电路的功用影响很小。此情况下保护电路的消耗电流为μA级,一般小于7μA。


2、过充电保护


锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压,在充电初期,为恒流充电,跟着充电进程,电压会上升到4.2V(依据正极材料不同,有的电池要求恒压值为4.1V),转为恒压充电,直至电流越来越小。电池在被充电进程中,假设充电器电路失掉控制,会使电池电压超越4.2V后继续恒流充电,此时电池电压仍会继续上升,当电池电压被充电至超越4.3V时,电池的化学副反应将加重,会导致电池损坏或呈现安全问题。在带有保护电路的电池中,当控制IC检测到电池电压到达4.28V(该值由控制IC抉择,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由导通转为关断,然后切断了充电回路,使充电器无法再对电池进行充电,起到过充电保护用途。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在,电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超越4.28V至发出关断V2信号之间,还有一段延不时间,该延不时间的长短由C3抉择,一般设为1秒左右,以防止因搅扰而形成误判别。


3、短路保护


电池在对负载放电进程中,若回路电流大到使U>0.9V(该值由控制IC抉择,不同的IC有不同的值)时,控制IC则判别为负载短路,其DO脚将敏捷由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,然后切断放电回路,起到短路保护用途。短路保护的延不时间极短,一般小于7微秒。其作业原理与过电流保护类似,只是判别办法不同,保护延不时间也不相同。除了控制IC外,电路中还有一个重要元件,就是MOSFET,它在电路中起着开关的用途,由于它直接串接在电池与外部负载之间,因此它的导通阻抗对电池的功用有影响,当选用的MOSFET较好时,其导通阻抗很小,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。


4、过电流保护


由于锂离子电池的化学特性,电池生产厂家规矩了其放电电流最大不能超越2C(C=电池容量/小时),当电池超越2C电流放电时,将会导致电池的永久性损坏或呈现安全问题。电池在对负载正常放电进程中,放电电流在通过串联的2个MOSFET时,由于MOSFET的导通阻抗,会在其两头发生一个电压,该电压值U=I*RDS*2,RDS为单个MOSFET导通阻抗,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反常,使回路电流增大,当回路电流大到使U>0.1V(该值由控制IC抉择,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由导通转为关断,然后切断了放电回路,使回路中电流为零,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,也有一段延不时间,该延不时间的长短由C3抉择,一般为13毫秒左右,以防止因搅扰而形成误判别。在上述控制进程中可知,其过电流检测值大小不只取决于控制IC的控制值,还取决于MOSFET的导通阻抗,当MOSFET导通阻抗越大时,对同样的控制IC,其过电流保护值越小。


5、过放电保护


电池在对外部负载放电进程中,其电压会跟着放电进程逐渐下降,当电池电压降至2.5V时,其容量已被彻底放光,此时假设让电池继续对负载放电,将形成电池的永久性损坏。在电池放电进程中,当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC抉择,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由导通转为关断,然后切断了放电回路,使电池无法再对负载进行放电,起到过放电保护用途。而此时由于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。由于在过放电保护情况下电池电压不能再下降,因此要求保护电路的消耗电流极小,此时控制IC会进入低功耗情况,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,也有一段延不时间,该延不时间的长短由C3抉择,一般设为100毫秒左右,以防止因搅扰而形成误判别。


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