鋰電池分為一次電池和二次電池兩類,目前在部分耗電量較低的便攜式電子產(chǎn)品中主要使用不可充電的一次鋰電池,而在筆記本電腦、手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)等耗電量較大的電子產(chǎn)品中則使用可充電的二次電池,即鋰離子電池.

與鎳鎘和鎳氫電池相比,鋰離子電池具備以下幾個優(yōu)點:

1、 電壓高,單節(jié)鋰離子電池的電壓可達(dá)到3.6V,遠(yuǎn)高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓.

2、 容量密度大,其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5-2.5倍.

3、 荷電保持能力強(qiáng)(即自放電小),在放置很長時間后其容量損失也很小.

4、 壽命長,正常使用其循環(huán)壽命可達(dá)到500次以上.

5、 沒有記憶效應(yīng),在充電前不必將剩余電量放空,使用方便.

由于鋰離子電池的化學(xué)特性,在正常使用過程中,其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng),但在某些條件下,如對其過充電、過放電和過電流將會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng),該副反應(yīng)加劇后,會嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命,并可能產(chǎn)生大量氣體,使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題,因此所有的鋰離子電池都需要一個保護(hù)電路,用于對電池的充、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測,并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對電池 發(fā)生損害.

下圖為一個典型的鋰離子電池保護(hù)電路原理圖.



如上圖所示,該保護(hù)回路由兩個MOSFET(V1、V2)和一個控制IC(N1)外加一些阻容元件構(gòu)成.控制IC負(fù)責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流,并控制兩個MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關(guān)作用,分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷,C3為延時電容,該電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能,其工作原理分析如下:

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(jìn)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(hù)電路的消耗電流為μA級,通常小于7μA.

2、過充電保護(hù)

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,如果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(hù)電路的電池中,當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達(dá)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?使V2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(jìn)行充電,起到過充電保護(hù)作用.而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在,電池可以通過該二極管對外部負(fù)載進(jìn)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V2信號之間,還有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設(shè)為1秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷.

3、過放電保護(hù)

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,此時如果讓電池繼續(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?使V1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(jìn)行放電,起到過放電保護(hù)作用.而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在,充電器可以通過該二極管對電池進(jìn)行充電.

由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低,因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小,此時控制IC會進(jìn)入低功耗狀態(tài),整個保護(hù)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V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設(shè)為100毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷.

4、過電流保護(hù)

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,會在其兩端產(chǎn)生一個電壓,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(jìn)行檢測,若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?使回路電流增大,當(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?使V1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(hù)作用.

在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常為13毫秒左右,以避免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(hù)值越小.

5、短路保護(hù)

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?使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護(hù)作用.短路保護(hù)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(hù)類似,只是判斷方法不同,保護(hù)延時時間也不一樣.

以上詳細(xì)闡述了單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路的工作原理,多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的保護(hù)原理與之類似,在此不再贅述,上面電路中所用的控制IC為日本理光公司的R5421系列,在實際的電池保護(hù)電路中,還有許多其它類型的控制IC,如:

樓上能否把圖片加上,many thanks!

你的圖呢?
謝謝!!

貼不上去

能發(fā)到我的郵箱嗎?
suile0907@sina.com
謝謝!!

我想看一下圖,能發(fā)給我嗎?我的郵箱:gh_suiyue@163.com 謝謝

二樓能傳份給我嗎?
感謝:woail@sina.com

不好意思了.真的.圖貼不上去了

你可以把圖片轉(zhuǎn)成JPG或者BWP 格式,然后上傳.
你所介紹的過流保護(hù)中,如果我要自己精確定義保護(hù)電流值怎么辦啊?因為MOSFET的管壓有很大的彈性,例如溫度的影響,電池電壓變化而導(dǎo)致Vgs改變,Rds也會改變.靠外串電阻也不能精確攝定的,