Wie Lithiumionen Schaltkreise schützen

In den letzten Jahren haben immer mehr Produkte wie PDAs, Digitalkameras, Mobiltelefone und tragbare Audiogeräte Lithium-Ionen-Batterien als Hauptstromquelle verwendet. Im Gegensatz zu Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid- und anderen Batterien müssen Lithium-Ionen-Batterien jedoch das Laden und Entladen in Betracht ziehen. Sicherheit, um eine Verschlechterung des Charakters zu verhindern. Gegenwärtig haben sowohl quadratische als auch zylindrische Lithium-Ionen-Kerne bestimmte Sicherheitsmaßnahmen getroffen, wie z. B. explosionsgeschützte Löcher, Membranen und PTC. Um die Sicherheit des verwendeten fertigen Lithium-Ionen-Akkus weiter zu gewährleisten, ist es wichtig, dessen Überladung, Überentladung, Überstrom und Kurzschluss zu schützen. Daher sind Schutzschaltungen normalerweise im Batteriepack für den Lade- und Entladezustand der Batterie ausgelegt. Effektive Überwachung und unter bestimmten Bedingungen werden die Lade- und Entladekreise geschlossen, um Schäden an der Batterie zu vermeiden.

Unter normalen Umständen besteht die Schutzschaltung einer Lithium-Ionen-Batterie aus einem Schutz-IC und zwei Leistungs-MOSFETs, die den IC zur Überwachung der Batteriespannung schützen und zum Schutz der Batterie mit einem steckbaren Leistungs-MOSFET schalten, wenn ein vorhanden ist Überlade- und Entladezustand. Die Funktion des IC-Schutzes besteht im Überladeschutz, im Überladungsschutz und im Überstrom- / Kurzschlussschutz.

1, Normalzustand

Im Normalzustand der Schaltung befindet sich der MOSFET in einem Leitungszustand, und die Batterie kann frei geladen und entladen werden. Da der MOSFET eine kleine Leitungsimpedanz aufweist, die üblicherweise weniger als 30 mm beträgt, hat sein Leitungswiderstand einen geringen Einfluss auf die Leistung der Schaltung. Der von der Schutzschaltung in diesem Zustand verbrauchte Strom beträgt μA, normalerweise weniger als 7 μA.

2, Überladeschutz

Die für Lithium-Ionen-Batterien erforderliche Lademethode ist Konstantstrom / Konstantdruck. In der Anfangsphase des Ladens wird der konstante Strom geladen. Während des Ladevorgangs steigt die Spannung auf 4,2 V und der konstante Druck wird aufgeladen, bis der Strom immer kleiner wird.

Wenn der Akku aufgeladen wird und der Ladekreis außer Kontrolle gerät, wird die Batteriespannung weiter aufgeladen, nachdem die Batteriespannung 4,2 V überschritten hat. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Batteriespannung weiter an. Wenn die Batteriespannung auf mehr als 4,3 V aufgeladen wird, verstärkt sich die Reaktion auf der chemischen Seite der Batterie. Dies kann zu Batterieschäden oder Sicherheitsproblemen führen und muss den Ladezustand beenden. Zu diesem Zeitpunkt erkennt der Schutz-IC die Batteriespannung. Wenn es 4,28 V erreicht (unter der Annahme, dass der Batterieüberladepunkt 4,28 V beträgt), wird der Überladeschutz aktiviert und der Leistungs-MOSFET von Leitung zu Abschaltung umgeschaltet, und dann wird die Ladung ausgeschaltet. Darüber hinaus muss auch auf Überladungserkennungsfehler aufgrund von Rauschen geachtet werden, um nicht als Überladeschutz beurteilt zu werden. Daher muss die Verzögerungszeit eingestellt werden, normalerweise auf ungefähr 1 Sekunde. Und die Verzögerungszeit kann nicht kürzer sein als die Dauer des Rauschens.

3, Überentladungsschutz

Während des Entladens einer externen Last nimmt die Spannung der Batterie mit dem Entladevorgang allmählich ab. Bei übermäßiger Entladung verschlechtert der Elektrolyt die Batterieeigenschaften aufgrund von Zersetzung. Wenn die Batterie zu diesem Zeitpunkt die Last weiter entlädt, wird die Batterie dauerhaft beschädigt.

Wenn beim Batterieentladungsprozess der Steuer-IC erkennt, dass die Batteriespannung weniger als 2,3 V beträgt (dieser Wert wird vom Steuer-IC bestimmt und verschiedene ICs haben unterschiedliche Werte), wird ein übermäßiger Entladungsschutz aktiviert, so dass der Leistungs-MOSFET wird von ein auf ausgeschaltet geschaltet. Entladung, Um eine übermäßige Entladung der Batterie zu vermeiden und die Batterie in einem Standby-Modus mit niedrigem statischen Strom zu halten, beträgt der Strom zu diesem Zeitpunkt nur 0,1 μA. Wenn der Lithium-Ionen-Akku an das Ladegerät angeschlossen ist und die Spannung des lithium-ionen-akkus höher als die übermäßige Entladespannung ist, kann die Schutzfunktion gegen übermäßige Entladung aufgehoben werden. Unter Berücksichtigung der Impulsentladungssituation hat die Überentladungserfassungsschaltung außerdem eine Verzögerungszeit, um fehlerhafte Aktionen zu vermeiden.

4, Überstromschutz

Um die Sicherheit zu gewährleisten, muss die Entladung aufgrund eines Überstroms aufgrund unbekannter Ursachen sofort gestoppt werden. Das heißt, wenn der Entladestrom zu groß ist, aktiviert der Schutz-IC den Überstromschutz. Zu diesem Zeitpunkt verwendet die Überstromerkennung die Rds (Ein) des Leistungs-MOSFET als induktive Impedanz, um den Spannungsabfall zu überwachen. Wenn Gaoze aufhört, mehr als die angegebene Überstromerkennungsspannung zu entladen, lautet die Formel: V = I × Rds (ein) × 2 (V ist die Überstromerkennungsspannung, I ist der Entladestrom). Die Überstromerkennung muss ebenfalls verzögert sein Zeit, um versehentliche Aktionen zu verhindern, wenn ein Stromstoß auftritt. Diese Verzögerungszeit beträgt normalerweise etwa 13 Millisekunden. Wenn der Überstromfaktor nach der Erzeugung des Überstroms entfernt werden kann (z. B. sofort von der Last getrennt), wird normalerweise sein normaler Zustand wiederhergestellt und normale Lade- und Entladevorgänge können erneut ausgeführt werden.

Kurzschlussschutz

Kurzschluss aus unbekannten Gründen, um die Sicherheit zu gewährleisten, muss sofort gestoppt werden. Wenn die Kurzschlusssituation auftritt, aktiviert der Schutz-IC den Kurzschlussschutz. Die Verzögerungszeit für den Kurzschlussschutz ist extrem kurz und beträgt normalerweise weniger als 7 Mikrosekunden. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem des Überstromschutzes, aber die Beurteilungsmethode ist unterschiedlich, und auch die Schutzverzögerungszeit ist unterschiedlich.

Derzeit forscht und entwickelt das Unternehmen an verschiedenen Stromkernen. Langfristig ist auch die Montage fertiger Batterien eines unserer Ziele. Die Schutzschaltung wird eine der wichtigen Komponenten sein, die wir berücksichtigen. Mit der breiteren Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien sind die Anforderungen an Schutzschaltungen immer höher geworden. In Zukunft wird der Schutz-IC die Genauigkeit der Erfassungsspannung weiter verbessern, den Stromverbrauch des Schutz-IC verringern und die Verhinderung fehlerhafter Aktionen verbessern. Da das Volumen des Mobiltelefons immer kleiner wird, sind die Anforderungen an das Schutzschaltungsvolumen von Lithium-Ionen-Batterien immer kleiner geworden. In den letzten zwei Jahren gab es Produkte, die den Steuer-IC und den MOSFET in einen Schutz-IC integrieren, wie beispielsweise die DA7112-Serie von DIALOG. Einige Hersteller kapseln sogar die gesamte Schutzschaltung in einen kleinen IC, wie beispielsweise die Produkte von MITSUMI.

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