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鋰離子電池保護(hù)電路工作原理

鋰離子電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成，保護(hù)板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC的重要用途是在高溫環(huán)境下進(jìn)行保護(hù)，防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。

保護(hù)電路通常由控制IC、MOs開關(guān)管、熔斷保險(xiǎn)絲、電阻、電容等元件組成，如圖2所示。正常的情況下，控制IC輸出信號控制MOs開關(guān)管導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立即控制MOS管關(guān)斷，以保護(hù)電芯的安全。

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(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，鋰離子電池可以自由地進(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，假如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(shí)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(shí)，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時(shí)，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，使充電器無法再對鋰離子電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)用途。而此時(shí)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(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常設(shè)為1秒左右，以防止因干擾而造成誤判斷。

3、過放電保護(hù)

鋰離子電池在對外部負(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(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)假如讓電池繼續(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(shí)，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)用途。而此時(shí)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(shí)控制IC會進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會小于0.1μA。在控制IC檢測到鋰離子電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以防止因干擾而造成誤判斷。