鋰離子電池保護電路原理解析
來源：寶鄂實業(yè)
2021-06-22 13:43
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由于鋰電池能量密度高,因此難以確保電池的安全性.在過度充電狀態(tài)下,電池溫度上升后能量將過剩,于是電解液分析而萌生氣體,因內壓上升而發(fā)生自燃或破碎的危險;反之,在過度放電狀態(tài)下,電解液因分析導致電池特性及耐久性劣化,從而降低可充電次數(shù).
鋰電池的保護電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態(tài)時的安全性,并戒備特性劣化.鋰電池的保護電路是由保護IC及兩顆功率MOSFET所構成,其中保護IC監(jiān)視電池電壓,當有過度充電及放電狀態(tài)時切換到以外掛的功率MOSFET來保護電池,保護IC的功能有過度充電保護、過度放電保護和過電流/短路保護.
過度充電保護
過度充電保護IC的原理為:當外部充電器對鋰離子電池充電時,為戒備因溫度上升所導致的內壓上升,需終止充電狀態(tài).此時,保護IC需測試電池電壓,當?shù)竭_4.25V時(假設電池過充點為4.25V)即激活過度充電保護,將功率MOS由開轉為關斷,進而截止充電.
另外,還非得留意因噪聲所萌生的過度充電檢出誤動作,以免判定為過充保護.因此,需要設定延遲時間,并且延遲時間不能短于噪聲的繼續(xù)時間.
過度放電保護
在過度放電的情況下,電解液因分析而導致電池特性劣化,并造成充電次數(shù)的降低.采用鋰離子電池保護IC可以避免過度放電現(xiàn)象發(fā)生,實現(xiàn)電池保護功能.
過度放電保護IC原理:為了戒備鋰離子電池的過度放電狀態(tài),假設鋰離子電池接上負載,當鋰離子電池電壓低于其過度放電電壓測試點(假定為2.3V)時將激活過度放電保護,使功率MOSFET由開轉變?yōu)殛P斷而截止放電,以避免電池過度放電現(xiàn)象發(fā)生,并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式,此時的電流僅0.1uA.
當鋰離子電池接上充電器,且此時鋰離子電池電壓高于過度放電電壓時,過度放電保護功能方可解除.另外,考慮到脈沖放電的情況,過放電測試電路設有延遲時間以避免發(fā)生誤動作.
過電流及短路電流
因為不明原由(放電時或正負極遭金屬物誤觸)造成過電流或短路,為確保安全,非得使其立即停止放電.
過電流保護IC原理為,當放電電流過大或短路情況發(fā)生時,保護IC將激活過(短路)電流保護,此時過電流的測試是將功率MOSFET的Rds(on)當成感應阻抗用以監(jiān)測其電壓的下降情形,如果比所定的過電流測試電壓還高則停止放電,計算公式為:V-=I×Rds(on)×2(V-為過電流測試電壓,I為放電電流).假設V-=0.2V,Rds(on)=25mΩ,則保護電流的大小為I=4A.
同樣地,過電流測試也非得設有延遲時間以防有突發(fā)電流流入時發(fā)生誤動作.
通常在過電流發(fā)生后,若能去除過電流因素(例如馬上與負載脫離),將會恢復其正常狀態(tài),可以再進行正常的充放電動作.
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