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锂电池保护电路特点及功能

2022-05-13   点击量:27

在生活中,你可能接触过各种各样的电子产品,那么你可能并不了解它的一些组成部分,比如它可能含有的锂离子电池保护电路,那么接下来让小编带领大家一起学习锂离子电池保护电路。


近年来,越来越多的产品(例如pDA,数码相机,移动电话,便携式音频设备和蓝牙设备)使用锂离子电池作为重要的电源。锂离子电池具有体积小,能量密度高,无记忆效应和高循环寿命的特点。高压电池和自放电率低的优点与镍镉和镍金属氢化物电池不同。在充电和放电期间必须考虑锂离子电池的安全性,以防止性能下降。关于锂离子电池的过充电和过放电,过电流和短路保护非常重要,因此通常在电池组中设计保护电路以保护锂离子电池。


由于锂离子电池的能量密度高,因此难以确保电池的安全性。在过充电状态下,电池温度升高后能量将过剩,因此电解质分解并出现气体,并且由于内部压力升高而存在自燃或破裂的危险;相反,在过度放电状态下,电解质将分解并引起电池特性和耐久性的劣化,从而减少了充电次数。锂离子电池的保护电路应确保在这种过充和放电状态下的安全性,并防止特性下降。锂离子电池的保护电路由一个保护IC和两个功率MOSFET组成,该保护IC监视电池电压,在出现过充和放电状态时切换到外部功率MOSFET以保护电池。保护IC的功能包括过充电保护,过放电保护和过电流/短路保护。


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,锂离子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。


过充电保护:过充电保护IC的原理是:当外部充电器为锂离子电池充电时,为了防止内部压力由于温度升高而升高,要终止充电状态。此时,保护IC要检测电池电压,当电池电压达到4.25V(假设电池过充电点为4.25V)时,将激活过充电保护,然后将功率MOS从打开切换到关闭,然后充电停止。另外,还必须注意由于噪声引起的过充电检测故障,以免被判断为过充电保护。因此,必须设置延迟时间,并且延迟时间不能短于噪声的持续时间。


过放电保护:当锂离子电池放电至外部负载时,其电压将随着放电过程逐渐降低。当电池电压降至2.5V时,其电量已完全耗尽。此时,假如电池继续充满电,放电将对电池造成永久性损坏。在电池放电过程中,当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC确定,不同的IC具有不同的值)时,其DO引脚将从高电压变为零电压,从而V1引线的导通被关闭,从而切断了放电电路,使电池不再能对负载放电,起到了过放电保护的用途。此时,由于存在V1的体二极管VD1,充电器可以通过该二极管为电池充电。


过电流及短路电流:因为不明原因(放电时或正负极遭金属物误触)造成过电流或短路,为确保安全,必须使其立即停止放电。过电流保护IC原理为,当放电电流过大或短路情况发生时,保护IC将激活过(短路)电流保护,此时过电流的检测是将功率MOSFET的Rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形,假如比所定的过电流检测电压还高则停止放电,计算公式为:V-=I×Rds(on)×2(V-为过电流检测电压,I为放电电流).假设V-=0.2V,Rds(on)=25mΩ,则保护电流的大小为I=4A。通过阅读上面的内容,大家对锂离子电池保护电路有了初步的了解,同时也希望大家在学习过程中,做好总结,这样才能不断提升自己的设计水平。

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钜大特种电池工程研究院

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