锂蓄电池保护电路工作原理
锂蓄电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成,保护板由电子元件组成,在-40℃~+85℃的环境下时刻准确地监视电芯的电压和充放电回路的电流,并及时控制电流回路的通断;PTC的重要用途是在高温环境下进行保护,防止蓄电池发生燃烧、爆炸等恶性事故。
保护电路通常由控制IC、MOs开关管、熔断保险丝、电阻、电容等元件组成,如图2所示。正常的情况下,控制IC输出信号控制MOs开关管导通,使电芯与外电路导通,当电芯电压或回路电流超过规定值时,它立即控制MOS管关断,以保护电芯的安全。
1、正常状态
在正常状态下电路中N1的CO与DO脚都输出高电压,两个MOSFET都处于导通状态,锂蓄电池可以自由地进行充电和放电,由于MOSFET的导通阻抗很小,通常小于30毫欧,因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级,通常小于7μA。
2、过充电保护
锂蓄电池要求的充电方式为恒流/恒压,在充电初期,为恒流充电,随着充电过程,电压会上升到4.2V(根据正极材料不同,有的蓄电池要求恒压值为4.1V),转为恒压充电,直至电流越来越小。
蓄电池在被充电过程中,假如充电器电路失去控制,会使蓄电池电压超过4.2V后继续恒流充电,此时蓄电池电压仍会继续上升,当蓄电池电压被充电至超过4.3V时,蓄电池的化学副反应将加剧,会导致蓄电池损坏或出现安全问题。
在带有保护电路的蓄电池中,当控制IC检测到蓄电池电压达到4.28V时,其CO脚将由高电压转变为零电压,使V2由导通转为关断,从而切断了充电回路,使充电器无法再对锂蓄电池进行充电,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,蓄电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到蓄电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间,还有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为1秒左右,以防止因干扰而造成误判断。
3、过放电保护
锂蓄电池在对外部负载放电过程中,其电压会随着放电过程逐渐降低,当蓄电池电压降至2.5V时,其容量已被完全放光,此时假如让蓄电池继续对负载放电,将造成蓄电池的永久性损坏。
在蓄电池放电过程中,当控制IC检测到蓄电池电压低于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由导通转为关断,从而切断了放电回路,使蓄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蓄电池进行充电。
由于在过放电保护状态下蓄电池电压不能再降低,因此要求保护电路的消耗电流极小,此时控制IC会进入低功耗状态,整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到锂蓄电池电压低于2.3V至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为100毫秒左右,以防止因干扰而造成误判断。