锂电池保护板不但保护锂电池的安全问题,还能延长锂电池的寿命,所以每一块锂电池都需要一个保护板来保护的,锂电池的市场有多大,锂电池保护板的市场就有多大。随着国家的碳中和目标,锂电池扮演的角色越来越重要了,大家非常有必要了解锂电池保护板的工作状态情况,特别是下面5中状态。
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,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,如果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(该值由控制ic决定,不同的ic有不同的值)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,使充电器无法再对电池进行充电,起到过充电保护作用。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,以避免因干扰而造成误判断。
3、短路保护
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,起到短路保护作用。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,保护延时时间也不一样。除了控制ic外,电路中还有一个重要元件,就是mosfet,它在电路中起着开关的作用,由于它直接串接在电池与外部负载之间,因此它的导通阻抗对电池的性能有影响,当选用的mosfet较好时,其导通阻抗很小,电池包的内阻就小,带载能力也强,在放电时其消耗的电能也少。
4、过电流保护
由于锂离子电池的化学特性,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,会在其两端产生一个电压,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,起到过电流保护作用。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,以避免因干扰而造成误判断。在上述控制过程中可知,其过电流检测值大小不仅取决于控制ic的控制值,还取决于mosfet的导通阻抗,当mosfet导通阻抗越大时,对同样的控制ic,其过电流保护值越小。
5、过放电保护
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,此时如果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,起到过放电保护作用。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,以避免因干扰而造成误判断.
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