¿Cuáles son los circuitos de protección y los principios de funcionamiento de las baterías de litio?

El circuito tiene las funciones de protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga, protección contra sobrecorriente y protección contra cortocircuitos. Sus principios de funcionamiento se analizan de la siguiente manera:

1 normal

En el estado normal del circuito, los pies "CO" y "DO" de N1 emiten Gaodianya, ambos MOSFET están en un estado de conducción y la batería se puede cargar y descargar libremente, porque los MOSFET tienen una impedancia de conducción muy pequeña, generalmente menos de 30 mm, por lo tanto, su resistencia de conducción tiene poco efecto en el rendimiento del circuito. La corriente consumida por el circuito de protección en este estado es μA, generalmente menos de 7μA.

2 protección de sobrecarga

Las baterías de iones de litio son un tipo de batería recargable. El método de carga requerido es la corriente constante / presión constante. En la etapa inicial de carga, se carga la corriente constante. Con el proceso de carga, el voltaje aumentará a 4.2 V (dependiendo del material del cátodo, algunas baterías requieren presión constante). El valor es 4,1 V), cambiando a carga de voltaje constante hasta que la corriente se vuelve cada vez más pequeña. Cuando la batería está cargada, si el circuito del cargador está fuera de control, el voltaje de la batería continuará cargándose después de que el voltaje de la batería exceda los 4.2 V. En este momento, el voltaje de la batería continuará aumentando. Cuando el voltaje de la batería se carga a más de 4,3 V, el lado químico de la batería se intensificará, causará daños a la batería o problemas de seguridad.

En una batería con un circuito de protección, cuando el CI de control detecta un voltaje de batería de 4.28 V (este valor lo determina el CI de control y diferentes CI tienen valores diferentes), su pie "CO" se convertirá de Gaodianya a voltaje cero. , El V2 se apaga desde la guía hasta el apagado, cortando así el bucle de carga, de modo que el cargador ya no puede cargar la batería y desempeñar un papel en la protección de sobrecarga. En este momento, debido a la presencia del diodo VD2 del propio cuerpo de V2, la batería puede descargar la carga externa a través del diodo.

También hay un tiempo de retardo entre el IC de control que detecta que el voltaje de la batería excede los 4.28 V y la señal de apagado V2. La duración del tiempo de retardo está determinada por C3 y generalmente se establece en aproximadamente 1 segundo para evitar errores de cálculo debido a interferencias.

3 protección contra sobredescarga

Durante el proceso de descarga de carga externa, el voltaje de la batería disminuirá gradualmente con el proceso de descarga. Cuando el voltaje de la batería cae a 2,5 V, su capacidad se ha descargado por completo. Si la batería continúa descargando la carga en este momento, causará la batería. Daño permanente.

Durante la descarga de la batería, cuando el circuito integrado de control detecta que el voltaje de la batería es inferior a 2,3 V (este valor está determinado por el circuito integrado de control y diferentes circuitos integrados para tener valores diferentes), su pie "DO" se convertirá de Gaodianya a voltaje cero. El V1 se cambia de conducción a apagado, cortando así el circuito de descarga, de modo que la batería ya no puede descargar la carga y desempeñar una función de protección contra sobredescarga. En este momento, debido a la existencia del propio diodo de cuerpo de V1 VD1, el cargador puede cargar la batería a través de este diodo.

Dado que el voltaje de la batería ya no se puede reducir bajo protección contra sobredescarga, la corriente consumida por el circuito de protección es extremadamente pequeña. En este momento, el IC de control entrará en un estado de bajo consumo y todo el circuito de protección consumirá menos de 0,1 μA.

También hay un tiempo de retardo entre el IC de control que detecta que el voltaje de la batería es inferior a 2,3 V y la señal de apagado V1. La duración del tiempo de retardo está determinada por C3 y generalmente se establece en aproximadamente 100 milisegundos para evitar interferencias. Juicio erróneo.

4 protección contra sobrecorriente

Debido a las características químicas de las baterías de litio, los fabricantes de baterías han estipulado que la corriente de descarga no debe exceder los 2 ° C (C = capacidad de la batería / hora). Cuando la batería excede la descarga de corriente de 2C, causará daños permanentes a la batería o problemas de seguridad.

Durante la descarga normal de la batería a la carga, cuando la corriente de descarga pasa a través de dos MOSFET en serie, se generará un voltaje en ambos extremos del MOSFET debido a la impedancia de conducción del MOSFET. El valor de voltaje U = I * RDS * 2, RDS es una impedancia de conducción MOSFET única, el pie "V-" en el control IC detecta el valor de voltaje. Si la carga causa una anomalía por alguna razón, la corriente del lazo aumenta, cuando la corriente de bucle es lo suficientemente grande como para hacer U "0,1 V (este valor lo determina el IC de control. Cuando diferentes IC tienen valores diferentes, sus patas" DO "se convertirán de Gaodianya a voltaje cero, por lo que V1 se cambiará encendido y apagado, cortando así el bucle de descarga, de modo que la corriente en el bucle sea cero, jugando un efecto de protección contra sobrecorriente.

También hay un tiempo de retardo entre el IC de control que detecta que ocurre la sobrecorriente y la señal de apagado V1. La duración del tiempo de retardo está determinada por C3, generalmente alrededor de 13 milisegundos, para evitar errores de cálculo debido a interferencias.

En el proceso de control anterior, se puede ver que el tamaño del valor de detección de sobrecorriente depende no solo del valor de control del IC de control, sino también de la impedancia de conducción del MOSFET. Cuando la impedancia de conducción del MOSFET es mayor, el valor de protección de la sobrecorriente para el mismo circuito integrado de control es menor.

Protección contra cortocircuitos

Cuando la batería descarga la carga, si la corriente de bucle es lo suficientemente grande para hacer U "0,9 V (este valor está determinado por el IC de control y diferentes IC para tener valores diferentes), el IC de control se considera un cortocircuito de carga. Su pie "DO" cambiará rápidamente de Gaodianya a voltaje cero, por lo que V1 se apagará de conducción a apagado, cortando así el bucle de descarga y jugando un papel de protección contra cortocircuitos. El tiempo de retardo para la protección contra cortocircuitos es extremadamente corto, generalmente menos de 7 microsegundos Su principio de funcionamiento es similar al de la protección contra sobrecorriente, pero el método de juicio es diferente y el tiempo de retardo de la protección también es diferente.

Lo anterior detalla el principio de funcionamiento de un circuito de protección de batería de iones de litio de un solo segmento. El principio de protección de las baterías de iones de litio de la serie de segmentos múltiples es similar. No se repite aquí. El circuito integrado de control utilizado en el circuito anterior es la serie R5421 de Ricoh Corporation of Japan. En el circuito de protección de la batería real, hay muchos otros tipos de circuitos integrados de control, como la serie S-8241 de Japón Seiko, la serie MM3061 de MITSUMI de Japón, las series FS312 y FS313 de Fujing de Taiwán, la tecnología analógica de Taiwán serie AAT8632 y así sucesivamente, su principio de funcionamiento es similar, pero hay diferencias en parámetros específicos. Para ahorrar circuitos periféricos, algunos circuitos integrados de control han logrado filtros de condensadores y condensadores de retardo dentro del chip, y sus circuitos periféricos pueden ser muy pocos, como la serie S-8241 de Japón Seiko. Además de controlar el IC, hay un componente importante en el circuito, MOSFET, que actúa como un interruptor en el circuito. Dado que está directamente vinculado entre la batería y la carga externa, su impedancia de conducción tiene un efecto sobre el rendimiento de la batería. Cuando el MOSFET seleccionado es bueno, su impedancia de conducción es pequeña, la resistencia interna del paquete de baterías es pequeña, la capacidad de carga también es fuerte y la energía eléctrica consumida durante la descarga también es pequeña.

Con el desarrollo de la tecnología, el volumen de los equipos portátiles es cada vez más pequeño, y con esta tendencia, los requisitos para el volumen del circuito de protección de las baterías de iones de litio son cada vez más pequeños. En estos dos años, ha habido productos que integran el IC de control y MOSFET en un IC de protección, como la serie DA7112 de DIALOG. Algunos fabricantes incluso encapsulan todo el circuito de protección en un IC de tamaño pequeño, como los productos de MITSUMI.

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