鋰離子電池集成保護(hù)電路原理

在鋰離子電池的使用過程中，過充、過放電和過電流是影響鋰離子電池使用壽命和性能的重要因素。鋰離子電池集成保護(hù)電路通過各個(gè)保護(hù)單元電路有效地監(jiān)測和防止鋰離子電池的損壞。鋰離子電池充放電保護(hù)電路，鋰離子電池保護(hù)電路由兩個(gè)場效應(yīng)晶體管和一個(gè)控制集成電路外加一些電阻電容元件組成。

(1)正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下，N1的CO端和DO端均在電路中輸出高電壓，fets均處于導(dǎo)通狀態(tài)，鋰離子電池可自由充放電。由于場效應(yīng)晶體管傳導(dǎo)阻力很小,通常小于30米以下,所以它的導(dǎo)電電阻在電路性能幾乎沒有影響。這種狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為微安，一般小于7a。

(2)過度充電狀態(tài)

鋰離子電池要的充電方式是恒流恒壓充電。充電初期為恒流充電。隨著充電過程的進(jìn)行，充電電壓逐漸升高至4.2v(根據(jù)陰極材料的不同，有的電池要恒壓至4.1v)。在鋰離子電池充電過程中，假如充電器電路失控，超過4.2v后，鋰離子電池將繼續(xù)以恒流充電，此時(shí)鋰離子電池的電壓將繼續(xù)升高。當(dāng)鋰離子電池電壓高于4.3v時(shí)，鋰離子電池的化學(xué)副用途會(huì)加劇，導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。

在鋰離子電池保護(hù)電路,當(dāng)控制集成電路測試的鋰離子電池電壓4.28V(價(jià)值是由控制IC,不同的集成電路有不同值),公司最終將從高電位轉(zhuǎn)換為零電位,使VT2傳導(dǎo)到關(guān)閉,切斷充電電路,鋰離子電池的充電器不能充電,充保護(hù)效果。此時(shí)，由于VT2自身的體部二極管VD2，鋰離子電池可以通過二極管將外部負(fù)載放電。控制集成電路檢測到鋰離子電池電壓超過4.28v與發(fā)送offVT2信號之間存在延時(shí)。延遲時(shí)間由C3決定，通常設(shè)置為1左右，以防止干擾對保護(hù)的誤判。

(3)過量放電狀態(tài)

在放電過程中，鋰離子電池的電壓會(huì)隨著放電過程而逐漸降低。當(dāng)鋰離子電池電壓降至2.5v時(shí)，其容量已經(jīng)完全暴露。假如鋰離子電池繼續(xù)放電，會(huì)對鋰離子電池造成永久性的損傷。鋰離子電池放電過程中,當(dāng)控制集成電路測試的鋰離子電池電壓低于2.3V,價(jià)值是由控制集成電路,集成電路不同有不同的值),它將從高電位轉(zhuǎn)換為零電位,使VT1傳導(dǎo)到關(guān)閉,切斷放電電路,使鋰離子電池不能再負(fù)載放電,放電保護(hù)效果。此時(shí)，由于VT1體二極管VD1的存在，充電器可以通過二極管對鋰離子電池進(jìn)行充電。由于鋰離子電池的電壓在過放電保護(hù)狀態(tài)下無法進(jìn)一步降低，所以要求保護(hù)電路的消耗電流最小。此時(shí)控制集成電路將進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路的功耗將小于0.11a。控制集成電路檢測到鋰離子電池電壓低于2.3v與發(fā)送offVT1信號之間也存在延時(shí)。延遲時(shí)間由C3決定，一般設(shè)置為100ms左右，以防止干擾對保護(hù)的誤判。

(4)過電流狀態(tài)

由于鋰離子電池的化學(xué)性質(zhì)，制造商將其放電速率限制在2攝氏度以內(nèi)。當(dāng)鋰離子電池放電速率超過2C時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池永久性損壞或安全問題。

鋰離子電池向負(fù)載正常放電時(shí)，放電電流會(huì)由于FET的傳導(dǎo)阻抗而在串聯(lián)FET兩端出現(xiàn)電壓降。