电池有一个安全使用电压范围,最高和最低电压一般称为充放电终止电压或截止电压,当电池长期实际工作电压低于放电终止电压或长时间高于充电终止电压,电池内部会发生不可逆的损坏,电池严重损坏,导致性能下降,俗称电池衰减,电池衰减的表现是电池内阻增大、容量下降等。
因此,锂离子电池内部一般都有一块小的PCB板,与电池封装在一起,如下图所示。主要作用是保护电池。
TH是温度检测,内部是一个10K的NTC,连接到电池负极; ID为电池在位检测,一般为47K/10K电阻接电阻负极,有的为0R电阻; TH 和 ID 是可选的,并非所有锂电池都有。
过充保护
电池充电时,电流(如箭头所示)从电池组正极流出,经过FUSE,从负极流出。底部两个MOS管都导通。
TH是温度检测,内部是一个10K的NTC,连接到电池负极; ID为电池在位检测,一般为47K/10K电阻接电阻负极,有的为0R电阻; TH 和 ID 是可选的,并非所有锂电池都有。
1. 过充保护
电池充电时,电流(如箭头所示)从电池组正极流出,经过FUSE,从负极流出。底部两个MOS管都导通。
TH是温度检测,内部是一个10K的NTC,连接到电池负极; ID为电池在位检测,一般为47K/10K电阻接电阻负极,有的为0R电阻; TH 和 ID 是可选的,并非所有锂电池都有。
1. 过充保护
电池充电时,电流(如箭头所示)从电池组正极流出,经过FUSE,从负极流出。底部两个MOS管都导通。
电池充电时电流方向如箭头所示
充电时,控制IC X1会一直监测第五脚VDD和第六脚VSS之间的电压,当电压大于或等于过充电截止电压并满足过充电电压延迟时间时,X1将控制第三脚引脚关闭MOS管Q2,Q2截止,充电回路被切断(Q2体二极管D2反向截止),此时电池只能放电。
过充保护放电条件(满足一项):
(1)电芯两端电压下降至保护IC的过充恢复电压;
② 在电池组输出端添加负载放电,放电至电压低于过充保护电压。
2、过放保护
当电池组两端加负载并放电时,电流(如箭头所示)与充电方向相反,如下图所示。
放电时,控制IC X1还会监测第5脚VDD和第6脚VSS之间的电压,当该电压小于或等于过放截止电压并达到过放电压延迟时间时,控制IC X1将通过第一个引脚关断Q1,放电回路被切断(Q1体二极管D1反向截止)后Q1闭合,此时,电池只能充电。
过放保护解除条件:去掉负载,对电池组充电,当VM-VDD之间的电压达到过放恢复电压值时,控制IC X1将重新打开MOS管Q1。
3、过流保护/短路保护
过流保护是指过放电流保护,一般控制IC有过流保护和短路保护两种,控制IC时刻监测VSS-VM电压值,当电压值达到过流保护或短路阈值时保护并满足延时时间,控制IC将MOS管Q1关断,切断放电电路。
电池放电时,电流方向如箭头所示
过流保护解除的条件是:输出负载移除,控制IC将自动重新开启Q1。
过流保护电压值一般为0.1-0.2V,短路保护检测电压值一般为0.9V~2V。
这两个值与控制IC有关。不同的IC,这两个值不一样。
短路保护电压值是指流过Q1、Q2的电流的导通压降,即可以得出MOS管的导通内阻越大,保护电流值越小。例如,如果采用内阻为20mΩ的MOS管作为过流值为0.15V的控制IC,则过流保护电流应为
为:0.15V/(0.02*2)=3.75A。
4、控制IC故障后FUSE保护
有的保护板内部会加保险丝,在控制IC失效后,起到二次保护的作用,避免出现更糟糕的结果,当然,成本也会增加。
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