锂离子电池能量密度高,很难保证其安全性。具体来说,在过充的情况下,电池温度升高后能量会过剩,因此电解液会分解产生气体,导致内部压力升高而有着火或破裂的危险。相反,在过放电的情况下,由于电解质的分解(即充电次数减少),电池特性和耐久性变差。
锂离子电池的保护电路是为了确保在这种过充电和放电条件下的安全性,并防止特性恶化。锂离子电池保护电路由保护IC和两个功率MOSFET组成。同时,保护IC监控电池电压;出现过充放电时,切换到插入式Power-MOSFET保护电池。保护IC的功能是:(1)过充电保护,(2)过放电保护和(3)过电流/短路保护。下面将解释这三种功能的保护作用。
锂电池过充时,电池中的电解液会分解,导致温度上升,产生气体,导致压力上升,可能会引起自燃或爆炸的危机。锂电池保护集成电路的目的是防止过充电。
过充保护IC原理:在过放电场景下,电解液分解导致电池特性变差,充电次数减少。锂电池保护集成电路用于防止锂电池过放电,达到保护作用。当锂电池连接到充电器且锂电池电压高于过放电电压时,过放电保护功能可被解除。
另外,对于脉冲放电的场景,过放电检测有延时时间,防止这种误操作。由于不明原因(放电时或正负极被金属物体意外触碰)而出现过电流或短路电流。为了保证安全,是间歇性排放的
电流保护IC的原理:
公式为:若V-=0.2V,RDS(ON)=25m,则保护电流的大小为I=4A。
同样,需要设置过流检测的延时时间,防止电流突然流入时误动作和保护误动作。一般来说,在过电流发生后,如果过电流的元件可以被去除(例如,立即与负载分离.),它将返回到其正常状态,并且可以再次进行正常的充电和放电动作。
当连接的充电器在充电过程中突然出现过流(充电器损坏),即充电过程中出现过流检测。此时,Cout将从高电平切换到低电平,功率mos从开/关切换到保护状态。
注:Vdet4为-0.1V。
(2)缩短测试时间:(a)当我们打开R5426的DSPIN时,延迟时间如说明书所示;(b)当我们将R5426的DS引脚连接到VDD时,延迟时间将仅为1/90;(c)当我们将R5426的DS引脚连接到Vim(最小值=1.2V,最大值=VDD-1.1V)时,延迟时间可以忽略。
(3)过充的闩锁形式:锂电池不断重复充放电动作,功率MOS的栅极会反复高/低,可能使MOSFET发热。同时,电池的寿命构成了一个思想,这表明了锁存模式的重要性。假设检测过充保护时保护电路有latch模式,MOSFET不会发热,安全性相对提高。检测到过充保护后,只要有充电器接入电池组,此时的情况和达到过充时的锁定形式,因此,虽然锂电池电压下降,但不会出现再充电的场景。要解除这种情况,只需拆下充电器,接上负载,恢复充放电情况即可。
(4)缩小保护电路元件:用于过充和短路保护的延时电容内部包裹在保护IC中。
(a)高精度的过充电保护;(b)降低保护集成电路的电流消耗,以达到过放电保护的目的;(c)过流/短路保护要求低检测电压和高精度;(d)结束耐压值。当它达到保护时,它的静态电流消耗需要很小(0.1uA)。有些电池在存放过程中因为时间过长或者异常原因,电压可能低至0 V,所以保护IC可以0V充电。