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锂离子电池保护板原理详解2021-06-21 08:12

锂离子电池的维护功用一般由维护电路板和PTC等电流器材协同完结,维护板是由电子电路组成,在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流,及时操控电流回路的通断;PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。

一般锂离子电池维护板一般包括操控IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器材FUSE、PTC、NTC、ID、存储器等。其中操控IC,在一切正常的情况下操控MOS开关导通,使电芯与外电路导通,而当电芯电压或回路电流超越规定值时,它马上操控MOS开关关断,维护电芯的安全。

在维护板正常的情况下,Vdd为高电平,Vss,VM为低电平,DO、CO为高电平,当Vdd,Vss,VM任何一项参数改换时,DO或CO端的电平将发生变化。

1、过充电检出电压:在一般状况下,Vdd逐步提升至CO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。

2、过充电免除电压:在充电状况下,Vdd逐步下降至CO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。

3、过放电检出电压:一般状况下,Vdd逐步下降至DO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。

4、过放电免除电压:在过放电状况下,Vdd逐步上升到DO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。

5、过电流1检出电压:在一般状况下,VM逐步升至DO由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

6、过电流2检出电压:在一般状况下,VM从OV起以1ms以上4ms以下的速度升到DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

7、负载短路检出电压:在一般状况下,VM以OV起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

8、充电器检出电压:在过放电状况下,VM以OV逐步下降至DO由低电平变为变为高电平时VM-VSS间电压。

9、一般作业时耗费电流:在一般状况下,流以VDD端子的电流(IDD)即为一般作业时耗费电流。

10、过放电耗费电流:在放电状况下,流经VDD端子的电流(IDD)即为过流放电耗费电流。

1、一般状况:电池电压在过放电检出电压以上(2.75V以上),过充电检出电压以下(4.3V以下),VM端子的电压在充电器检出电压以上,在过电流/检出电压以下(OV)的情况下,IC通过监视连接在VDD-VSS间的电压差及VM-VSS间的电压差而操控MOS管,DO、CO端都为高电平,MOS管处导通状况,这时能够自在的充电和放电;

当电池被充电使电压超越设定值VC(4.25-4.35V)后,VD1翻转使Cout变为低电平,T1截止,充电停止,当电池电压回落至VCR(3.8-4.1V)时,Cout变为高电平,T1导通充电持续,VCR小于VC一个定值,以防止电流频繁跳变。

当电池电压因放电而下降至设定值VD(2.3-2.5V)时,VD2翻转,以IC内部固定的短时刻延时后,使Dout变为低电平,T2截止,放电停止。

当电路放电电流超越设定值或输出被短路时,过流、短路检测电路动作,使MOS管(T2)关断,电流截止。

该维护回路由两个MOSFET(T1、T2)和一个操控IC(N1)外加一些阻容元件构成。操控

IC担任监测电池电压与回路电流,并操控两个MOSFET的栅极,MOSFET在电路中起开关效果,分别控

制着充电回路与放电回路的导通与关断,C2为延时电容,该电路具有过充电维护、过放电维护、过电流保

护与短路维护功用,其作业原理剖析如下:

1、正常状况

在正常状况下电路中N1的CO与DO脚都输出高电压,两个MOSFET都处于导通状况,电池能够自在地进行充电和放电,因为MOSFET的导通阻抗很小,一般小于30毫欧,因而其导通电阻对电路的功能影响很小。

此状况下维护电路的耗费电流为μA级,一般小于7μA。

2、过充电维护

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(根据正极材料不同,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,假如充电器电路失掉操控,会使电池电压超越4.2V后持续恒流充电,此刻电池电压仍会持续上升,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。

在带有维护电路的电池中,当操控IC检测到电池电压达到4.28V(该值由操控IC决议,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T1由导通转为关断,然后堵截了充电回路,使充电器无法再对电池进行充电,起到过充电维护效果。而此刻因为T1自带的体二极管VD1的存在,电池能够通过该二极管对外部负载进行放电。

在操控IC检测到电池电压超越4.28V至宣布关断T1信号之间,还有一段延时时刻,该延时时刻的长短由C2决议,一般设为1秒左右,以防止因搅扰而造成误判别。

3、过放电维护

电池在对外部负载放电进程中,其电压会跟着放电进程逐步下降,当电池电压降至2.5V时,其容量已被彻底放光,此刻假如让电池持续对负载放电,将造成电池的永久性损坏。

在电池放电进程中,当操控IC检测到电池电压低于2.3V(该值由操控IC决议,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T2由导通转为关断,然后堵截了放电回路,使电池无法再对负载进行放电,起到过放电维护效果。而此刻因为T2自带的体二极管VD2的存在,充电器能够通过该二极管对电池进行充电。

因为在过放电维护状况下电池电压不能再下降,因而要求维护电路的耗费电流极小,此刻操控IC会进入低功耗状况,整个维护电路耗电会小于0.1μA。在操控IC检测到电池电压低于2.3V至宣布关断T2信号之间,也有一段延时时刻,该延时时刻的长短由C2决议,一般设为100毫秒左右,以防止因搅扰而造成误判别。

4、过电流维护

因为锂离子电池的化学特性,电池生产厂家规定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,因为MOSFET的导通阻抗,会在其两端出现一个电压,该电压值U=I*RDS*2,RDS为单个MOSFET导通阻抗,操控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(该值由操控IC决议,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T2由导通转为关断,然后堵截了放电回路,使回路中电流为零,起到过电流维护效果。

在操控IC检测到过电流发生至宣布关断T2信号之间,也有一段延时时刻,该延时时刻的长短由C2决议,一般为13毫秒左右,以防止因搅扰而造成误判别。

在上述操控进程中可知,其过电流检测值大小不仅取决于操控IC的操控值,还取决于MOSFET的导通阻抗,当MOSFET导通阻抗越大时,对相同的操控IC,其过电流维护值越小。

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