鋰電池保護電路

　　由于鋰電池的化學特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行　電能與化學能相互轉(zhuǎn)化的化學正反應，但在某些條件下，如　對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內(nèi)部發(fā)生化學副　反應，該副反應加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命，　并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導　致安全問題，因此所有的鋰電池都需要一個保護電路，用于　對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關(guān)斷　充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害

 

該保護回路由兩個ＭＯＳＦＥＴ（Ｖ１、Ｖ２）和一個控制ＩＣ　（Ｎ１）外加一些阻容元件構(gòu)成?？刂疲桑秘撠煴O(jiān)測電池電壓與回路電流，　并控制兩個ＭＯＳＦＥＴ的柵極，ＭＯＳＦＥＴ在電路中起開關(guān)作用，分別控制　著充電回路與放電回路的導通與關(guān)斷，Ｃ３為延時電容，該電路具有過充　電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能，其工作原理分析如　下：

 

　?。薄⒄顟B(tài)　

        在正常狀態(tài)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(tài)，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?！〈藸顟B(tài)下保護電路的消耗電流為μＡ級，通常小于７μＡ。

 

　?。病⑦^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(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為４．１Ｖ），轉(zhuǎn)　為恒壓充電，直至電流越來越小?！‰姵卦诒怀潆娺^程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過４．２Ｖ后繼續(xù)　恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)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(xiàn)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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使Ｖ２由　導通轉(zhuǎn)為關(guān)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Ｖ２自帶的體二極管ＶＤ２的存在，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(fā)出關(guān)斷Ｖ２信　號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由Ｃ３決定，通常設為１秒左右，　以避免因干擾而造成誤判斷。

 

　　３、短路保護　

        電池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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使?。郑庇蓪ㄞD(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用?！《搪繁Ｗo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?！〕丝刂疲桑猛猓娐分羞€有一個重要元件，就是ＭＯＳＦＥＴ，　它在電路中起著開關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部　負載之間，因此它的導通阻抗對電池的性能有影響，當選用　的ＭＯＳＦＥＴ較好時，其導通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，　帶載能力也強，在放電時其消耗的電能也少。

 

　?。?、過電流保護　

         由于鋰離子電池的化學特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)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(xiàn)安全問題?！‰姵卦趯ω撦d正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的２個ＭＯＳＦＥＴ　時，由于ＭＯＳＦＥＴ的導通阻抗，會在其兩端產(chǎn)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?qū)е庐惓?，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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海梗郑庇蓪ㄞD(zhuǎn)為關(guān)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(fā)生至發(fā)出關(guān)斷Ｖ１信號之間，也有一段延時時　間，該延時時間的長短由Ｃ３決定，通常為１３毫秒左右，以避免因干擾而　造成誤判斷?！≡谏鲜隹刂七^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。

 

　?。?、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(xù)對負載放電，將造成電池　的永久性損壞?！≡陔姵胤烹娺^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(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使Ｖ１由導通轉(zhuǎn)為　關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使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Ｖ１自帶的體二極管ＶＤ１的存在，充電器可以通過該二極管對電　池進行充電?！∮捎谠谶^放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極　小，此時控制ＩＣ會進入低功耗狀態(tài)，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(fā)出關(guān)斷Ｖ１信號之間，也有一段延時時　間，該延時時間的長短由Ｃ３決定，通常設為１００毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。