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為何鋰離子電池都帶有保護板?保護板有什么用途?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年04月15日  

鋰離子電池有保護板,就可以控制鋰電芯在規(guī)定的工作環(huán)境內(nèi)工作,不會出現(xiàn)爆炸,燃燒等現(xiàn)像;沒有保護板的鋰離子電池就會容易出現(xiàn)爆炸,燃燒等現(xiàn)像。


加了保護板的電池,充電保護電壓可在4.125V保護,放電保護可在2.4V保護,充電電流可在鋰離子電池的最大成受范圍內(nèi);沒有加保護板的電池,會過充,過放,過流,電池很容易損壞。


為何要加鋰離子電池保護板,因為鋰離子電池的工作環(huán)境有特別的要求,不能過充不能過放,不能過溫,不能過流充放電,假如有就會出現(xiàn)爆炸,燃燒等現(xiàn)像,電池還會壞,且還會引起火災(zāi)等嚴(yán)重社會問題。1、正常狀態(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(dǎo)通狀態(tài),電池可以自由地進行充電和放電,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。


此狀態(tài)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(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。


電池在被充電過程中,假如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(dāng)電池電壓被充電至超過4.3V時,電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇,會導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。


在帶有保護電路的電池中,當(dāng)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)榱汶妷海筎1由導(dǎo)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,起到過充電保護用途。而此時由于T1自帶的體二極管VD1的存在,電池可以通過該二極管對外部負(fù)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(shè)為1秒左右,以防止因干擾而造成誤判斷。


3、過放電保護


電池在對外部負(fù)載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當(dāng)電池電壓降至2.5V時,其容量已被完全放光,此時假如讓電池繼續(xù)對負(fù)載放電,將造成電池的永久性損壞。


在電池放電過程中,當(dāng)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)榱汶妷海筎2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使電池?zé)o法再對負(fù)載進行放電,起到過放電保護用途。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(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(shè)為100毫秒左右,以防止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(xué)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(dāng)電池超過2C電流放電時,將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。


電池在對負(fù)載正常放電過程中,放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,會在其兩端出現(xiàn)一個電壓,該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗,控制IC上的V-腳對該電壓值進行檢測,若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓#够芈冯娏髟龃螅?dāng)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筎2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使回路中電流為零,起到過電流保護用途。


在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)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,以防止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(dǎo)通阻抗,當(dāng)MOSFET導(dǎo)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


電池在對負(fù)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(fù)載短路,其DO腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筎2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護用途。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,保護延時時間也不相同。


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