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锂离子电池保护电路工作原理是什么
锂离子电池保护电路工作原理是什么
  • 发布时间:2020-09-28 16:56

锂离子电池保护电路工作原理是什么

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1、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。


2、过充电保护


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,随着充电过程,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。


电池在被充电过程中,假如充电器电路失去控制,会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电,此时电池电压仍会继续上升,当电池电压被充电至超过4.3V时,电池的化学副反应将加剧,会导致电池损坏或出现安全问题。


在带有保护电路的电池中,当控制IC检测到电池电压达到4.28V时,其CO脚将由高电压转变为零电压,使V2由导通转为关断,从而切断了充电回路,使充电器无法再对锂离子电池进行充电,起到过充电保护用途。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在,电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间,还有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为1秒左右,以防止因干扰而造成误判断。


3、过放电保护


锂离子电池在对外部负载放电过程中,其电压会随着放电过程逐渐降低,当电池电压降至2.5V时,其容量已被完全放光,此时假如让电池继续对负载放电,将造成电池的永久性损坏。


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决定,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V1由导通转为关断,从而切断了放电回路,使电池无法再对负载进行放电,起到过放电保护用途。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在,充电器可以通过该二极管对电池进行充电。


由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低,因此要求保护电路的消耗电流极小,此时控制IC会进入低功耗状态,整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到锂离子电池电压低于2.3V至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为100毫秒左右,以防止因干扰而造成误判断。


4、过电流保护


由于锂离子电池的化学特性,锂离子电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C(C=电池容量/小时),当电池超过2C电流放电时,将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。


电池在对负载正常放电过程中,放电电流在经过串联的2个MOSFET时,由于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,控制IC上的V-脚对该电压值进行检测,若负载因某种原因导致异常,使回路电流增大,当回路电流大到使U>0.1V(该值由控制IC决定,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V1由导通转为关断,从而切断了放电回路,使回路中电流为零,起到过电流保护用途。


在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常为13毫秒左右,以防止因干扰而造成误判断。


5、短路保护


锂离子电池在对负载放电过程中,若回路电流大到使U>0.9V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,控制IC则判断为负载短路,其DO脚将迅速由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,从而切断放电回路,起到短路保护用途。短路保护的延时时间极短,通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似,只是判断方法不同,保护延时时间也不相同。


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