¿Cómo se activa la placa de protección de la batería de iones de litio?

La función de protección de la batería de iones de litio generalmente se completa con una placa de circuito de protección y un dispositivo de corriente como PTC. La placa de protección está compuesta por circuitos electrónicos, voltaje del núcleo de la batería y circuito de carga y descarga en un entorno monitoreado con precisión en un entorno de -40 ° C a +85 ° C. Controle el circuito de corriente encendido y apagado; PTC en un entorno de alta temperatura para evitar daños en la batería.

Las placas de protección de batería de litio ordinarias generalmente incluyen circuitos integrados de control, interruptores MOS, resistencias, condensadores y dispositivos auxiliares FUSIBLE, PTC, NTC, ID, memoria, etc. El IC de control controla el interruptor MOS para que se encienda en todas las condiciones normales, de modo que la celda y el circuito externo se enciendan, y cuando el voltaje de la celda o la corriente del bucle excede un valor prescrito, controla inmediatamente el interruptor MOS para que se apague, y protege la celda. Seguridad.

Cuando la placa de protección es normal, Vdd es de alto nivel, Vss, VM es de bajo nivel, DO y CO son de alto nivel. Cuando se cambia cualquier parámetro de Vdd, Vss, VM, el nivel de DO o CO será. Se ha producido un cambio.

Principio de la placa de protección de batería de iones de litio

La razón por la que las baterías de litio (rellenables) necesitan protección está determinada por sus propias características. Debido a que el material de la batería de litio determina que no puede sobrecargarse, sobrecargarse, sobrecorriente, cortocircuito y carga y descarga a temperatura ultra alta, el conjunto de la batería de litio siempre seguirá una exquisita placa de protección y un fusible de corriente.

La placa de circuito de protección y el dispositivo de corriente, como el PTC, suelen completar la función de protección de la batería de litio. La placa de protección se compone de circuitos electrónicos, y el voltaje del núcleo de la batería y el circuito de carga y descarga se controlan con precisión en un entorno de -40 ° C a +85 ° C. Control actual y oportuno del circuito de corriente encendido y apagado; PTC en un entorno de alta temperatura para evitar daños en la batería.

Las placas de protección de batería de litio ordinarias generalmente incluyen circuitos integrados de control, interruptores MOS, resistencias, condensadores y dispositivos auxiliares FUSIBLE, PTC, NTC, ID, memoria, etc. El IC de control controla el interruptor MOS para que se encienda en todas las condiciones normales, de modo que la celda y el circuito externo estén encendidos, y cuando el voltaje de la celda o la corriente del bucle excede un valor prescrito, controla inmediatamente el interruptor MOS para que se apague. y protege la celda. Seguridad.

Análisis detallado del principio de la placa de protección de la batería de iones de litio

Cuando la placa de protección es normal, Vdd es de alto nivel, Vss, VM es de bajo nivel, DO y CO son de alto nivel. Cuando se cambia cualquier parámetro de Vdd, Vss, VM, el nivel de DO o CO será. Se ha producido un cambio.

1. Voltaje de detección de sobrecarga: en el estado normal, Vdd aumenta gradualmente hasta el voltaje entre VDD y VSS cuando el terminal CO cambia de un nivel alto a un nivel bajo.

2. Voltaje de liberación de sobrecarga: en el estado de carga, Vdd disminuye gradualmente al voltaje entre VDD y VSS cuando el terminal CO cambia de nivel bajo a nivel alto.

3. Voltaje de detección de sobredescarga: en el estado normal, Vdd disminuye gradualmente al voltaje entre VDD y VSS cuando el terminal DO cambia de un nivel alto a un nivel bajo.

4. Voltaje de liberación de sobredescarga: En el estado de sobredescarga, Vdd aumenta gradualmente hasta el voltaje entre VDD y VSS cuando el terminal DO cambia de nivel bajo a nivel alto.

5. Voltaje de detección de sobrecorriente 1: en el estado normal, el VM aumenta gradualmente hasta el voltaje entre VM y VSS cuando el DO cambia de nivel alto a nivel bajo.

6. Voltaje de detección de sobrecorriente 2: en el estado normal, el VM sube de OV a una velocidad de 1 ms o más y 4 ms o menos al voltaje entre VM y VSS cuando el terminal DO cambia de un nivel alto a un nivel bajo .

7. Carga de voltaje de detección de cortocircuito: en el estado normal, el VM aumenta a una velocidad de 1 μS o más y 50 μS o menos de OV al voltaje entre VM y VSS cuando el terminal DO cambia de un nivel alto a un nivel bajo.

8. Voltaje de detección del cargador: en el estado de sobredescarga, el VM cae gradualmente a OV y el voltaje entre VM y VSS cuando el DO cambia de nivel bajo a nivel alto.

9. Consumo de corriente durante el funcionamiento normal: En el estado normal, la corriente que fluye a través del terminal VDD (IDD) es el consumo de corriente durante el funcionamiento normal.

10. Consumo de corriente de sobredescarga: en el estado de descarga, la corriente que fluye a través del terminal VDD (IDD) es el consumo de corriente de descarga de sobrecorriente.

Circuito típico de protección de batería de iones de litio

Debido a las características químicas de las baterías de litio, durante el uso normal, la reacción química interna de la energía eléctrica y la energía química se convierte mutuamente, pero bajo ciertas condiciones, como sobrecarga, descarga excesiva y sobrecorriente, la batería interna lo causará. Se producen reacciones químicas secundarias que afectarán gravemente el rendimiento y la vida útil de la batería y pueden generar una gran cantidad de gas, lo que provocará que la presión interna de la batería aumente rápidamente y explote, lo que resultará en problemas de seguridad. Por lo tanto, todas las baterías de litio requieren protección. El circuito utilizado para monitorear efectivamente los estados de carga y descarga de la batería y apagar los circuitos de carga y descarga bajo ciertas condiciones para evitar daños a la batería.

La siguiente figura muestra un esquema de circuito de protección de batería de iones de litio típico.

Análisis detallado del principio de la placa de protección de la batería de iones de litio

Como se muestra en la figura anterior, el bucle de protección consta de dos MOSFET (V1, V2) y un IC de control (N1) más algunos componentes RC. El IC de control es responsable de monitorear el voltaje de la batería y la corriente del bucle, y de controlar las puertas de los dos MOSFET. El MOSFET funciona como un interruptor en el circuito para controlar la conducción y el apagado del circuito de carga y el circuito de descarga, respectivamente, y C3 es un condensador de retardo. Con protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga, protección contra sobrecorriente y protección contra cortocircuitos, su principio de funcionamiento es el siguiente:

1, estado normal

En el estado normal, los pines "CO" y "DO" de N1 emiten alto voltaje en el circuito, ambos MOSFET están en estado de conducción y la batería se puede cargar y descargar libremente. Dado que la resistencia a la activación del MOSFET es pequeña, generalmente es más pequeña. 30 miliohmios, por lo que su resistencia de encendido tiene poco efecto en el rendimiento del circuito. El consumo de corriente del circuito de protección en este estado es un nivel de μA, generalmente menos de 7 μA.

2, protección de sobrecarga

Las baterías de iones de litio requieren una corriente / voltaje constante. En la etapa inicial de carga, se cargaron a una corriente constante. A medida que se realiza el proceso de carga, el voltaje aumenta a 4.2V (dependiendo del material del cátodo, algunas baterías requieren un voltaje constante de 4). .1V), cambie a carga de voltaje constante hasta que la corriente sea cada vez más pequeña. Cuando la batería se carga, si el circuito del cargador pierde el control, el voltaje de la batería superará los 4,2 V y continuará la carga de corriente constante. En este momento, el voltaje de la batería seguirá aumentando. Cuando el voltaje de la batería se carga a más de 4,3 V, las reacciones químicas de la batería aumentarán, lo que provocará daños en la batería o problemas de seguridad. En una batería con circuito de protección, cuando el CI de control detecta que el voltaje de la batería alcanza los 4.28V (este valor lo determina el CI de control y los diferentes CI tienen valores diferentes), el pin "CO" cambiará de un voltaje alto a un voltaje cero. V2 pasó de encendido a apagado, cortando así el circuito de carga, de modo que el cargador ya no puede cargar la batería, lo que actúa como una protección de sobrecarga. En este momento, debido a la presencia del diodo de cuerpo VD2 que proporciona el V2, la batería podría descargar la carga externa a través del diodo. Hay un tiempo de retardo entre el momento en que el IC de control detecta que el voltaje de la batería excede los 4.28V y el momento en que se apaga la señal V2. La duración del tiempo de retardo determinada por C3, generalmente se establece en aproximadamente 1 segundo para evitar interferencias. Juicio erróneo.

3, protección contra cortocircuitos

Cuando la batería se descarga a la carga, si la corriente de bucle es tan grande U> 0.9V (este valor está determinado por el IC de control y diferentes IC tienen valores diferentes. El IC de control determina que la carga está en cortocircuito, y su " Pin DO "Cambiará rápidamente de un voltaje alto a un voltaje cero, cambiando V1 de encendido a apagado, cortando así el bucle de descarga y proporcionando protección contra cortocircuitos. La protección contra cortocircuitos tiene un tiempo de retardo muy corto, generalmente menos de 7 microsegundos. El principio de funcionamiento es similar a la protección de sobrecorriente, excepto que el método de juicio es diferente, y el tiempo de retardo de protección también es diferente. Además del control IC, hay otro componente importante en el circuito, el MOSFET, que actúa como un interruptor en el circuito. Dado que está conectado directamente entre la batería y la carga externa, su resistencia de encendido tiene un rendimiento en la batería. El efecto es que cuando el MOSFET seleccionado es mejor, su resistencia de encendido es pequeña, la La resistencia interna del paquete de baterías es pequeña, la capacidad de carga también es fuerte y la energía consumida durante la descarga es pequeña.

4, protección contra sobrecorriente

Debido a las características químicas de las baterías de iones de litio, los fabricantes de baterías estipulan que su corriente de descarga no debe exceder los 2 ° C (C = capacidad de la batería / hora). Cuando la batería supera los 2 ° C de descarga de corriente, provocará daños permanentes o problemas de seguridad. Durante la descarga normal de la batería, la corriente de descarga pasó a través de dos MOSFET en serie. Debido a la resistencia de encendido del MOSFET, se genera un voltaje a través del MOSFET. El valor de voltaje U = I * RDS * 2, RDS es un solo MOSFET en resistencia, el pin "V-" en el control IC detecta el valor de voltaje. Si la carga es anormal debido a alguna razón, la corriente del lazo aumenta y la corriente del lazo es tan grande que U> 0.1V (este valor). Cuando el IC de control determina que diferentes IC tienen valores diferentes, el pin "DO" se convertirá de un voltaje alto a un voltaje cero, cambiando V1 de encendido a apagado, cortando así el bucle de descarga y haciendo que la corriente en el bucle sea cero. . Actúa como protección contra sobrecorriente. También hay un retraso entre el momento en que el CI de control detecta una sobrecorriente y el momento en que se apaga la señal V1. La duración de la demora determinada por C3, generalmente alrededor de 13 milisegundos, para evitar errores de cálculo causados por interferencias. En el proceso de control anterior, el valor de detección de sobrecorriente depende no solo del valor de control del IC de control, sino también de la resistencia de encendido del MOSFET. Cuando la resistencia activa del MOSFET es mayor, la protección contra sobrecorriente se aplica al mismo circuito integrado de control. Cuanto menor sea el valor.

5, protección contra descarga

Cuando la batería se descarga a una carga externa, su voltaje disminuirá gradualmente con el proceso de descarga. Cuando el voltaje de la batería cae a 2.5V, su capacidad se ha descargado completamente. Durante este tiempo, si la carga de la batería continúa descargándose, la batería se dañará permanentemente. Durante la descarga de la batería, cuando el IC de control detecta que el voltaje de la batería es inferior a 2,3 V (este valor lo determina el IC de control, diferentes IC tienen valores diferentes). Su pin "DO" se convertirá de un voltaje alto a un voltaje cero, y V1 se encenderá y apagará, lo que corta el circuito de descarga, de modo que la batería ya no puede descargar la carga y protege contra una descarga excesiva. Debido a la presencia del diodo de cuerpo V1 VD1, el cargador puede cargar la batería a través del diodo. Dado que el voltaje de la batería ya no puede reducirse bajo el estado de protección contra sobredescarga, se requiere que el consumo de corriente del circuito de protección sea extremadamente pequeño. Por lo tanto, el circuito integrado 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 control IC detecta que el voltaje de la batería es inferior a 2,3 V y la señal V1 se apaga. La duración del tiempo de retardo determinada por C3, generalmente establecida en aproximadamente 100 milisegundos para evitar errores de cálculo de interferencias

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