【導(dǎo)讀】鋰電池都有一個(gè)使用的安全電壓區(qū)間,最高和最低電壓一般被稱為充放電終止電壓或截止電壓,當(dāng)電池的實(shí)際工作電壓長時(shí)間低于放電終止電壓或者長時(shí)間高于充電終止電壓時(shí),電池內(nèi)部將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害,嚴(yán)重傷害電池,導(dǎo)致性能下降,俗稱電池衰減,電池衰減的表現(xiàn)就是電池的內(nèi)阻增大,容量下降等。
今天介紹一下常見的鋰電池保護(hù)電路的工作原理。
前言
舉一個(gè)不恰當(dāng)?shù)睦?,電池的充放電就像孩子喝母乳一樣?/span>
1,如果一直讓孩子喝,家長不加以控制,那么這個(gè)奶可能會被喝光,類似電池過放;
2,如果家長一直不給孩子喝奶,這個(gè)奶就會積攢越來越多,類似電池過充;
3,如果孩子喝奶喝的急,容易嗆奶,類似電池的過電流保護(hù);
科學(xué)喝奶,規(guī)律喝奶,需要家長的監(jiān)督,那電池如何做到科學(xué)充電和放電呢?
鋰電池都有一個(gè)使用的安全電壓區(qū)間,最高和最低電壓一般被稱為充放電終止電壓或截止電壓,當(dāng)電池的實(shí)際工作電壓長時(shí)間低于放電終止電壓或者長時(shí)間高于充電終止電壓時(shí),電池內(nèi)部將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害,嚴(yán)重傷害電池,導(dǎo)致性能下降,俗稱電池衰減,電池衰減的表現(xiàn)就是電池的內(nèi)阻增大,容量下降等。
所以一般鋰離子電池內(nèi)部會有一個(gè)小的PCB板,和電池封裝在一起,如下圖所示,主要作用就是用來保護(hù)電池。
紅色框選部分為電池保護(hù)板
這個(gè)電路板根據(jù)組成電路不同,一般會有過放保護(hù)、過充保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)以及控制IC失效之后的FUSE保護(hù)這幾種,下面會以一個(gè)常見的電路,講解這幾種保護(hù)的工作原理。
鋰電池保護(hù)板組成
一般的鋰電池保護(hù)板由控制IC、MOS管、電阻電容、保險(xiǎn)絲FUSE等組成,如下圖所示。
常見的鋰電池保護(hù)板電路圖
TH為溫度檢測,內(nèi)部是一個(gè)10K NTC接到電池負(fù)極;ID是電池在位檢測,一般是47K/10K電阻接到電阻負(fù)極,有的是0R電阻;TH和ID均是選配,并不是所有鋰電池都有的。
接著根據(jù)上面這么電路,來看一下如下幾種保護(hù)的工作原理吧!
過充保護(hù)
電池充電時(shí),電流(方向如箭頭所示)從電池包的正極流入,經(jīng)過FUSE后從負(fù)極流出,最下方的兩個(gè)MOS管均是導(dǎo)通狀態(tài)。
電池充電時(shí)電流方向如箭頭所示
充電時(shí),控制IC X1會時(shí)刻監(jiān)測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓,當(dāng)這個(gè)電壓大于等于過充截止電壓且滿足過充電壓的延時(shí)時(shí)間時(shí),X1會通過控制第3腳來關(guān)閉MOS管Q2,Q2被關(guān)閉之后,充電回路被切斷(Q2的體二極管D2也是反向截止的),這個(gè)時(shí)候,電池只能放電。
過充保護(hù)解除條件(滿足其一即可):
1,電芯兩端的電壓下降到保護(hù)IC的過充恢復(fù)電壓。
2,在電池包得輸出端加負(fù)載放電,放電到電壓小于過充保護(hù)電壓。
過放保護(hù)
在電池包兩端加負(fù)載放電時(shí),電流(方向如箭頭所示)與充電是相反的,如下圖所示。
電池放電時(shí)電流方向如箭頭所示
放電時(shí),控制IC X1同樣會時(shí)刻監(jiān)測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓,當(dāng)這個(gè)電壓小于等于過放截止電壓且達(dá)到過放電壓的延時(shí)時(shí)間,控制IC X1會通過第1腳關(guān)閉Q1,Q1被關(guān)閉之后,放電回路被切斷(Q1的體二極管D1是反向截止),這個(gè)時(shí)候,電池只能充電。
過放保護(hù)解除條件:拿掉負(fù)載,給電池包充電,當(dāng)VM-VDD之間的電壓達(dá)到過放恢復(fù)電壓值時(shí),控制IC X1會重新打開MOS管Q1。
過流保護(hù)/短路保護(hù)
過流保護(hù)指的是過放電流的保護(hù),一般的控制IC有過流保護(hù)和短路保護(hù)兩種,控制IC時(shí)刻監(jiān)測VSS-VM之間的電壓值,當(dāng)電壓值達(dá)到過流保護(hù)或者短路保護(hù)的閾值且滿足延時(shí)時(shí)間,控制IC會將MOS管Q1關(guān)閉,切斷放電回路。
電池放電時(shí)電流方向如箭頭所示
過電流保護(hù)解除的條件是:將輸出端負(fù)載拿掉,控制IC會自動將Q1重新打開。
過流保護(hù)的電壓值一般是0.1~0.2V,短路保護(hù)檢測的電壓值一般是0.9V~2V,這兩個(gè)值都與控制IC有關(guān)系,不同的IC,這兩個(gè)值不一樣。
短路保護(hù)電壓值指的是電流流經(jīng)Q1和Q2上的導(dǎo)通壓降,即可以得出,如果MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻越大,保護(hù)電流值就越小。如:內(nèi)阻為20mΩ的MOS管,選用的過電流值為0.15V的控制IC,那過流保護(hù)的電流應(yīng)為:0.15V/(0.02*2)=3.75A。
控制IC失效之后的FUSE保護(hù)
有的保護(hù)板里面會加上保險(xiǎn)絲,在控制IC失效之后,起到一個(gè)二級保護(hù)作用,避免更壞的結(jié)果,當(dāng)然也會增加成本。
(來源:CSDN博客,博主:記得誠)
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