Wie aktiviere ich die Lithium-Ionen-Batterieschutzplatine?

Die Schutzfunktion eines lithium-ionen-akkus wird normalerweise durch eine Schutzplatine und ein aktuelles Gerät wie PTC vervollständigt. Die Schutzplatine besteht aus elektronischen Schaltkreisen, der Spannung des Batteriekerns und dem Lade- und Entladekreis bei einer genau überwachten Umgebung von -40 ° C bis +85 ° C. Steuern Sie den Stromkreis ein und aus. PTC in einer Umgebung mit hohen Temperaturen, um Batterieschäden zu vermeiden.

Gewöhnliche Lithiumbatterie-Schutzplatinen enthalten normalerweise Steuer-ICs, MOS-Schalter, Widerstände, Kondensatoren und Zusatzgeräte FUSE, PTC, NTC, ID, Speicher usw. Der Steuer-IC steuert das Einschalten des MOS-Schalters unter allen normalen Bedingungen, so dass die Zelle und der externe Stromkreis eingeschaltet werden. Wenn die Zellenspannung oder der Schleifenstrom einen vorgeschriebenen Wert überschreiten, steuert er sofort das Ausschalten des MOS-Schalters. und schützt die Zelle. Sicherheit.

Wenn die Schutzplatine normal ist, ist Vdd ein hoher Pegel, Vss, VM ist ein niedriger Pegel, DO und CO sind ein hoher Pegel. Wenn ein Parameter von Vdd, Vss, VM geändert wird, ist der DO- oder CO-Pegel A Eine Änderung ist aufgetreten.

Prinzip der Lithium-Ionen-Batterieschutzplatine

Der Grund, warum Lithiumbatterien (füllbar) einen Schutz benötigen, der durch ihre eigenen Eigenschaften bestimmt wird. Da das Material der Lithiumbatterie selbst feststellt, dass sie nicht überladen, überentladen, überströmt, kurzgeschlossen und bei extrem hohen Temperaturen geladen und entladen werden kann, folgt die Lithiumbatterie-Lithiumbatteriebaugruppe immer einer exquisiten Schutzplatine und einer Stromsicherung.

Die Schutzplatine und das aktuelle Gerät wie der PTC vervollständigen normalerweise die Schutzfunktion der Lithiumbatterie. Die Schutzplatine besteht aus elektronischen Schaltkreisen, und die Spannung des Batteriekerns und des Lade- und Entladekreises wird bei einer Umgebung von -40 ° C bis +85 ° C genau überwacht. Aktuelle, zeitnahe Steuerung des Stromkreises ein und aus; PTC in der Hochtemperaturumgebung, um Batterieschäden zu vermeiden.

Gewöhnliche Lithiumbatterie-Schutzplatinen enthalten normalerweise Steuer-ICs, MOS-Schalter, Widerstände, Kondensatoren und Zusatzgeräte FUSE, PTC, NTC, ID, Speicher usw. Der Steuer-IC steuert das Einschalten des MOS-Schalters unter allen normalen Bedingungen, so dass die Zelle und der externe Stromkreis eingeschaltet werden. Wenn die Zellenspannung oder der Schleifenstrom einen vorgeschriebenen Wert überschreiten, steuert er sofort das Ausschalten des MOS-Schalters und schützt die Zelle. Sicherheit.

Detaillierte Analyse des Prinzips der Lithium-Ionen-Batterieschutzplatine

Wenn die Schutzplatine normal ist, ist Vdd ein hoher Pegel, Vss, VM ist ein niedriger Pegel, DO und CO sind ein hoher Pegel. Wenn ein Parameter von Vdd, Vss, VM geändert wird, ist der DO- oder CO-Pegel A Eine Änderung ist aufgetreten.

1. Überladungserkennungsspannung: Im Normalzustand steigt Vdd allmählich auf die Spannung zwischen VDD und VSS an, wenn der CO-Anschluss von einem hohen auf einen niedrigen Pegel wechselt.

2. Überladungsfreigabespannung: Im Ladezustand nimmt Vdd allmählich auf die Spannung zwischen VDD und VSS ab, wenn der CO-Anschluss von einem niedrigen auf einen hohen Pegel wechselt.

3. Überentladungserkennungsspannung: Im Normalzustand nimmt Vdd allmählich auf die Spannung zwischen VDD und VSS ab, wenn der DO-Anschluss von einem hohen auf einen niedrigen Pegel wechselt.

4. Überentladungsfreigabespannung: Im Überentladungszustand steigt Vdd allmählich auf die Spannung zwischen VDD und VSS an, wenn der DO-Anschluss von einem niedrigen auf einen hohen Pegel wechselt.

5. Erkennungsspannung für Überstrom 1: Im Normalzustand steigt die VM allmählich auf die Spannung zwischen VM und VSS an, wenn sich der Sauerstoffgehalt von einem hohen auf einen niedrigen Pegel ändert.

6. Überstrom-2-Erkennungsspannung: Im Normalzustand steigt die VM von OV mit einer Geschwindigkeit von 1 ms oder mehr und 4 ms oder weniger auf die Spannung zwischen VM und VSS an, wenn der DO-Anschluss von einem hohen auf einen niedrigen Pegel wechselt .

7. Lastkurzschlusserkennungsspannung: Im Normalzustand steigt die VM mit einer Geschwindigkeit von 1 μS oder mehr und 50 μS oder weniger von OV auf die Spannung zwischen VM und VSS an, wenn der DO-Anschluss von einem hohen Pegel auf a wechselt niedriges Niveau.

8. Ladungserkennungsspannung: Im Überentladungszustand fällt die VM allmählich auf OV und die Spannung zwischen VM und VSS ab, wenn der DO von einem niedrigen auf einen hohen Pegel wechselt.

9. Stromaufnahme im Normalbetrieb: Im Normalzustand ist der durch die VDD-Klemme (IDD) fließende Strom die Stromaufnahme im Normalbetrieb.

10. Überentladungsstromverbrauch: Im Entladezustand ist der durch den VDD-Anschluss (IDD) fließende Strom der Überstromentladungsstromverbrauch.

Typische Lithium-Ionen-Batterieschutzschaltung

Aufgrund der chemischen Eigenschaften von Lithiumbatterien wird während des normalen Gebrauchs die interne chemische Reaktion von elektrischer Energie und chemischer Energie gegenseitig umgewandelt, aber unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. Überladung, Überentladung und Überstrom, wird die interne Batterie verursacht. Es treten chemische Nebenreaktionen auf, die die Leistung und Lebensdauer der Batterie ernsthaft beeinträchtigen und eine große Menge Gas erzeugen können, wodurch der Innendruck der Batterie schnell ansteigt und explodiert, was zu Sicherheitsproblemen führt. Daher benötigen alle Lithiumbatterien einen Schutz. Die Schaltung, die zum effektiven Überwachen des Lade- und Entladezustands der Batterie und zum Abschalten der Lade- und Entladekreise unter bestimmten Bedingungen verwendet wird, um eine Beschädigung der Batterie zu verhindern.

Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Schema einer Lithium-Ionen-Batterieschutzschaltung.

Detaillierte Analyse des Prinzips der Lithium-Ionen-Batterieschutzplatine

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, besteht die Schutzschleife aus zwei MOSFETs (V1, V2) und einem Steuer-IC (N1) sowie einigen RC-Komponenten. Der Steuer-IC ist für die Überwachung der Batteriespannung und des Schleifenstroms sowie für die Steuerung der Gates der beiden MOSFETs verantwortlich. Der MOSFET fungiert als Schalter in der Schaltung, um die Leitung und das Abschalten der Ladeschaltung bzw. der Entladeschaltung zu steuern, und C3 ist ein Verzögerungskondensator. Mit Überladeschutz, Überentladungsschutz, Überstromschutz und Kurzschlussschutz funktioniert das Funktionsprinzip wie folgt:

1, Normalzustand

Im Normalzustand geben die "CO" - und "DO" -Pins von N1 Hochspannung in der Schaltung aus, beide MOSFETs befinden sich im Leitungszustand und die Batterie kann frei geladen und entladen werden. Da der Einschaltwiderstand des MOSFET klein ist, ist er normalerweise kleiner. 30 Milliohm, daher hat sein Einschaltwiderstand wenig Einfluss auf die Leistung der Schaltung. Die Stromaufnahme der Schutzschaltung in diesem Zustand beträgt μA, üblicherweise weniger als 7μA.

2, Überladeschutz

Lithium-Ionen-Batterien benötigen einen konstanten Strom / eine konstante Spannung. In der Anfangsphase des Ladens wurden sie mit einem konstanten Strom geladen. Während des Ladevorgangs steigt die Spannung auf 4,2 V (je nach Kathodenmaterial benötigen einige Batterien eine konstante Spannung von 4). 0,1 V) auf konstante Spannungsladung stellen, bis der Strom immer kleiner wird. Wenn der Akku aufgeladen wird und der Ladekreis die Kontrolle verliert, überschreitet die Batteriespannung 4,2 V und setzt das Laden mit konstantem Strom fort. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Batteriespannung weiter an. Wenn die Batteriespannung auf über 4,3 V aufgeladen wird, erhöhen sich die chemischen Nebenreaktionen der Batterie, was zu Batterieschäden oder Sicherheitsproblemen führt. Wenn in einer Batterie mit einer Schutzschaltung der Steuer-IC erkennt, dass die Batteriespannung 4,28 V erreicht (dieser Wert wird vom Steuer-IC bestimmt und verschiedene ICs haben unterschiedliche Werte), ändert sich der "CO" -Pin von einer Hochspannung zu einer Nullspannung. V2 wurde ein- und ausgeschaltet, wodurch der Ladekreis unterbrochen wurde, sodass das Ladegerät den Akku nicht mehr aufladen kann, was als Überladeschutz dient. Zu diesem Zeitpunkt könnte aufgrund des Vorhandenseins der Körperdiode VD2, die von V2 bereitgestellt wird, die Batterie die externe Last durch die Diode entladen. Es gibt eine Verzögerungszeit zwischen dem Erkennen, dass die Batteriespannung 4,28 V überschreitet, und dem Ausschalten des V2-Signals. Die durch C3 bestimmte Länge der Verzögerungszeit wird normalerweise auf etwa 1 Sekunde eingestellt, um Interferenzen zu vermeiden. Fehleinschätzung.

3, Kurzschlussschutz

Wenn sich die Batterie zur Last entlädt, wenn der Schleifenstrom so groß ist U> 0,9 V (dieser Wert wird vom Steuer-IC bestimmt und verschiedene ICs haben unterschiedliche Werte. Der Steuer-IC bestimmt, dass die Last kurzgeschlossen ist, und sein " DO "-Pin Es wechselt schnell von einer Hochspannung zu einer Nullspannung, schaltet V1 von Ein auf Aus, wodurch die Entladungsschleife unterbrochen und ein Kurzschlussschutz bereitgestellt wird. Der Kurzschlussschutz hat eine sehr kurze Verzögerungszeit, normalerweise weniger Das Arbeitsprinzip ähnelt dem Überstromschutz, mit der Ausnahme, dass das Beurteilungsverfahren und die Schutzverzögerungszeit ebenfalls unterschiedlich sind. Neben dem Steuer-IC gibt es eine weitere wichtige Komponente in der Schaltung, den MOSFET wirkt als Schalter in der Schaltung. Da es direkt zwischen der Batterie und der externen Last angeschlossen ist, wirkt sich sein Einschaltwiderstand auf die Batterie aus. Wenn der ausgewählte MOSFET besser ist, ist sein Einschaltwiderstand gering Der Innenwiderstand des akkus ist gering, die Tragfähigkeit ist ebenfalls hoch und der Stromverbrauch beim Entladen gering.

4, Überstromschutz

Aufgrund der chemischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien schreiben die Batteriehersteller vor, dass ihr Entladestrom 2 ° C nicht überschreiten darf (C = Batteriekapazität / Stunde). Wenn die Batterie die 2C-Stromentladung überschreitet, verursacht dies bleibende Schäden oder Sicherheitsprobleme. Während der normalen Entladung der Batterie floss der Entladestrom durch zwei MOSFETs in Reihe. Aufgrund des Einschaltwiderstands des MOSFET wird am MOSFET eine Spannung erzeugt. Der Spannungswert U = I * RDS * 2, RDS ist ein einzelner MOSFET-Einschaltwiderstand, der "V-" Pin am Steuer-IC erfasst den Spannungswert. Wenn die Last aus irgendeinem Grund abnormal ist, steigt der Schleifenstrom an und der Schleifenstrom ist so groß, dass U> 0,1 V (dieser Wert). Wenn der Steuer-IC feststellt, dass verschiedene ICs unterschiedliche Werte haben, wird der "DO" -Pin von einer Hochspannung in eine Nullspannung umgewandelt, wobei V1 ein- und ausgeschaltet wird, wodurch die Entladungsschleife unterbrochen und der Strom in der Schleife auf Null gesetzt wird . Es wirkt als Überstromschutz. Es gibt auch eine Verzögerung zwischen dem Erkennen eines Überstroms durch den Steuer-IC und dem Ausschalten des V1-Signals. Die durch C3 bestimmte Länge der Verzögerung beträgt normalerweise etwa 13 Millisekunden, um eine durch Interferenzen verursachte Fehleinschätzung zu vermeiden. Bei dem obigen Steuerprozess hängt der Überstromerfassungswert nicht nur vom Steuerwert des Steuer-IC ab, sondern auch vom Einschaltwiderstand des MOSFET. Wenn der MOSFET-Einschaltwiderstand größer ist, wird der Überstromschutz auf denselben Steuer-IC angewendet. Je kleiner der Wert.

5, Überentladungsschutz

Wenn die Batterie an eine externe Last entladen wird, nimmt ihre Spannung mit dem Entladevorgang allmählich ab. Wenn die Batteriespannung auf 2,5 V abfällt, ist ihre Kapazität vollständig entladen. Wenn der Akku während dieser Zeit die Last weiter entlädt, wird der Akku dauerhaft beschädigt. Wenn der Steuer-IC während der Batterieentladung feststellt, dass die Batteriespannung unter 2,3 V liegt (dieser Wert wird vom Steuer-IC bestimmt, haben verschiedene ICs unterschiedliche Werte). Sein "DO" -Pin wird von einer Hochspannung in eine Nullspannung umgewandelt, und V1 schaltet sich ein und aus, wodurch der Entladekreis unterbrochen wird, so dass die Batterie die Last nicht mehr entladen kann und vor Überentladung schützt. Aufgrund des Vorhandenseins der V1-Körperdiode VD1 kann das Ladegerät den Akku über die Diode aufladen. Da die Batteriespannung im Überentladungsschutzzustand nicht mehr abgesenkt werden kann, muss der Stromverbrauch der Schutzschaltung extrem gering sein. Daher tritt der Steuer-IC in einen Niedrigleistungszustand ein und die gesamte Schutzschaltung verbraucht weniger als 0,1 μA. Es gibt auch eine Verzögerungszeit zwischen der Erkennung, dass die Batteriespannung niedriger als 2,3 V ist und das V1-Signal ausgeschaltet ist. Die durch C3 bestimmte Länge der Verzögerungszeit wird normalerweise auf etwa 100 Millisekunden eingestellt, um eine Fehleinschätzung der Interferenz zu vermeiden

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