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                鋰電池保護板-鋰電池保護板電路圖及作用原理詳細分析-KIA MOS管
                2021-03-18 17:08作者:管理員 來源:未知

                 

                鋰電池保護板

                一、保護板的構成

                鋰電池保護電路,鋰電池鋰電池保護板(可充型)之所以需要保護,是由它本身特性決定的。由于鋰電池保護板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,因此鋰電池鋰電池保護板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。鋰電池的保護功能通常由保護電路板和PTC協同完成,保護板是由電子電路組成,在-40℃至+85℃的環境下時刻準確的監視電芯的電壓和充放回路的電流,即時控制電流回路的通斷;PTC在高溫環境下防止電池發生惡劣的損壞。

                鋰電池保護板

                鋰電池保護板通常包括控制IC、MOS開關、電阻、電容及輔助器件NTC、ID存儲器等。其中控制IC,在一切正常的情況下控制MOS開關導通,使電芯與外電路溝通,而當電芯電壓或回路電流超過規定值時,它立刻(數十毫秒)控制MOS開關關斷,保護電芯的安全。NTC是Negative temperaturecoefficient的縮寫,意即負溫度系數,在環境溫度升高時,其阻值降低,使用電設備或充電設備及時反應、控制內部中斷而停止充放電。ID 存儲器常為單線接口存儲器,ID是Identification 的縮寫即身份識別的意思,存儲電池種類、生產日期等信息??善鸬疆a品的可追溯和應用的限制。

                 

                二、鋰電池保護板的主要作用

                鋰電池保護電路一般要求在-25℃~85℃時Control(IC)檢測控制電芯電壓與充放電回路的工作電流、電壓,在一切正常情況下C-MOS開關管導通,使電芯與保護電路板處于正常工作狀態,而當電芯電壓或回路中的工作電流超過控制IC中比較電路預設值時,在15~30ms內(不同控制IC與C-MOS有不同的響應時間),將CMOS關斷,即關閉電芯放電或充電回路,以保證使用者與電芯的安全。

                 

                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4.2V(根據正極材料不同,有的電池要求恒壓值為4.1V),轉為恒壓充電,直至電流越來越小。

                 

                鋰電池保護板電池在被充電過程中,如果鋰電池保護板充電器電路失去控制,會使電池電壓超過4.2V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4.3V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,鋰電池保護板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,當鋰電池保護板電池電壓降至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,將造成電池的永久性損壞。

                 

                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,使鋰電池保護板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,因此要求鋰電池保護板的消耗電流極小,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最大不能超過2C(C=電池容量/小時),當電池超過2C電流放電時,將會導致電池的永久性損壞或出現安全問題。

                 

                鋰電池保護板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

                鋰電池保護板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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