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詳解鋰電池保護(hù)電路的工作原理分享-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2022-07-14 

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詳解鋰電池保護(hù)電路的工作原理分享-KIA MOS管


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(chēng)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(zhǎng)時(shí)間低于放電終止電壓或者長(zhǎng)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(chēng)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(huì)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(lái)保護(hù)電池。


鋰電池保護(hù)板 電路

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(huì)有過(guò)放保護(hù)、過(guò)充保護(hù)、過(guò)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(huì)以一個(gè)常見(jiàn)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。


鋰電池保護(hù)板 電路

常見(jiàn)的鋰電池保護(hù)板電路圖


TH為溫度檢測(cè),內(nèi)部是一個(gè)10K NTC接到電池負(fù)極;ID是電池在位檢測(cè),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(lái)看一下如下幾種保護(hù)的工作原理吧!


過(guò)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(guò)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)。


鋰電池保護(hù)板 電路

電池充電時(shí)電流方向如箭頭所示


充電時(shí),控制IC X1會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)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(guò)充截止電壓且滿足過(guò)充電壓的延時(shí)時(shí)間時(shí),X1會(huì)通過(guò)控制第3腳來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)充保護(hù)電壓。


過(guò)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。


鋰電池保護(hù)板 電路

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(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)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(guò)放截止電壓且達(dá)到過(guò)放電壓的延時(shí)時(shí)間,控制IC X1會(huì)通過(guò)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(guò)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(guò)放恢復(fù)電壓值時(shí),控制電池放電時(shí)電流方向如箭頭所示。


過(guò)電流保護(hù)解除的條件是:將輸出端負(fù)載拿掉,控制IC會(huì)自動(dòng)將Q1重新打開(kāi)。


過(guò)流保護(hù)的電壓值一般是0.1~0.2V,短路保護(hù)檢測(cè)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(guò)電流值為0.15V的控制IC,那過(guò)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(huì)加上保險(xiǎn)絲,在控制IC失效之后,起到一個(gè)二級(jí)保護(hù)作用,避免更壞的結(jié)果,當(dāng)然也會(huì)增加成本。IC X1會(huì)重新打開(kāi)MOS管Q1。


過(guò)流保護(hù)/短路保護(hù)

過(guò)流保護(hù)指的是過(guò)放電流的保護(hù),一般的控制IC有過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)兩種,控制IC時(shí)刻監(jiān)測(cè)VSS-VM之間的電壓值,當(dāng)電壓值達(dá)到過(guò)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(huì)將MOS管Q1關(guān)閉,切斷放電回路。


鋰電池保護(hù)板 電路



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