Как ионы лития защищают электрические цепи

В последние годы все больше и больше продуктов, таких как карманные компьютеры, цифровые фотоаппараты, мобильные телефоны, портативные аудиоустройства, используют литий-ионные батареи в качестве основного источника питания. Однако, в отличие от никель-кадмиевых, никель-металлогидридных и других батарей, литий-ионные батареи должны учитывать зарядку и разрядку. Безопасность, чтобы предотвратить ухудшение характера. В настоящее время как для квадратных, так и для цилиндрических литий-ионных сердечников приняты определенные меры безопасности, такие как взрывозащищенные отверстия, диафрагма и PTC. Чтобы еще больше гарантировать безопасность готовой литий-ионной батареи в использовании, важно защитить ее от перезаряда, переразряда, перегрузки по току и короткого замыкания. Поэтому схемы защиты обычно разрабатываются в аккумуляторном блоке для состояния заряда и разряда аккумулятора. Эффективный мониторинг, и при определенных условиях цепи заряда и разряда закрываются, чтобы предотвратить повреждение аккумулятора.

В нормальных условиях защитная схема литий-ионной батареи состоит из защитной ИС и двух полевых МОП-транзисторов, которые защищают ИС для контроля напряжения батареи и переключателя для защиты батареи с помощью подключаемого полевого МОП-транзистора. состояние перезарядки и разряда. Функция защиты IC заключается в защите от перезарядки, чрезмерной разрядки и защиты от перегрузки по току / короткого замыкания.

1, нормальное состояние

В нормальном состоянии схемы полевой МОП-транзистор находится в состоянии проводимости, и аккумулятор может свободно заряжаться и разряжаться. Поскольку полевой МОП-транзистор имеет небольшой импеданс проводимости, который обычно составляет менее 30 мм, его сопротивление проводимости мало влияет на характеристики схемы. Ток, потребляемый схемой защиты в этом состоянии, составляет мкА, обычно менее 7 мкА.

2, защита от перезарядки

Для литий-ионных аккумуляторов требуется метод зарядки: постоянный ток / постоянное давление. На начальном этапе зарядки заряжается постоянным током. В процессе зарядки напряжение повысится до 4,2 В, и постоянное давление будет заряжаться до тех пор, пока ток не станет все меньше и меньше.

Когда батарея заряжена, если цепь зарядного устройства выходит из-под контроля, напряжение батареи будет продолжать заряжаться после того, как напряжение батареи превысит 4,2 В. В это время напряжение батареи будет продолжать расти. Когда напряжение батареи заряжается до более чем 4,3 В, химическая сторона батареи усиливает реакцию, это может вызвать повреждение батареи или проблемы с безопасностью, и необходимо прекратить состояние зарядки. В этот момент ИС защиты определяет напряжение аккумулятора. Когда оно достигает 4,28 В (при условии, что точка перезарядки батареи составляет 4,28 В), срабатывает защита от перезаряда, и силовой полевой МОП-транзистор переключается с проводимости на отключение, а затем заряд отключается. Кроме того, следует обращать внимание на ошибки обнаружения чрезмерного заряда из-за шума, чтобы их нельзя было расценивать как защиту от чрезмерного заряда. Следовательно, необходимо установить время задержки, обычно равное примерно 1 секунде. И время задержки не может быть меньше продолжительности шума.

3, защита от разряда

В процессе разряда внешней нагрузки напряжение аккумулятора будет постепенно уменьшаться по мере разряда. В случае чрезмерной разрядки электролит ухудшит характеристики аккумулятора из-за разложения. На этом этапе, если аккумулятор продолжает разряжать нагрузку, это приведет к необратимому повреждению аккумулятора.

В процессе разряда батареи, когда управляющая ИС обнаруживает, что напряжение батареи ниже 2,3 В (это значение определяется управляющей ИС, и разные ИС имеют разные значения), срабатывает защита от чрезмерной разрядки, так что силовой MOSFET будет переключаться с включения на отключение. Разрядка. Чтобы избежать чрезмерной разрядки аккумулятора и держать аккумулятор в режиме ожидания с низким статическим током, ток в это время составляет всего 0,1 мкА. Когда литий-ионный аккумулятор подключен к зарядному устройству, а напряжение литий-ионного аккумулятора выше, чем чрезмерное напряжение разряда, функция защиты от чрезмерного разряда может быть отменена. Кроме того, учитывая ситуацию импульсного разряда, схема обнаружения избыточного разряда имеет время задержки, чтобы избежать ошибочных действий.

4, защита от перегрузки по току

Для обеспечения безопасности разряд должен быть немедленно остановлен из-за перегрузки по току, вызванной неизвестными причинами. То есть, когда ток разряда слишком велик, ИС защиты активирует защиту от перегрузки по току. В это время обнаружение перегрузки по току использует Rds (вкл.) Силового полевого МОП-транзистора в качестве индуктивного импеданса для контроля падения напряжения. Если Gaoze прекращает разрядку, превышающую указанное напряжение обнаружения перегрузки по току, формула следующая: V = I × Rds (вкл) × 2 (V - напряжение обнаружения перегрузки по току, I - ток разряда) то же самое, обнаружение перегрузки по току также должно иметь задержку. время для предотвращения случайных действий при возникновении всплесков тока. Это время задержки обычно составляет около 13 миллисекунд. Обычно после создания сверхтока, если коэффициент перегрузки по току может быть устранен (например, немедленно отделен от нагрузки), его нормальное состояние будет восстановлено, и нормальные действия по зарядке и разрядке могут быть выполнены снова.

Защита от короткого замыкания

Короткое замыкание, вызванное неизвестными причинами, для обеспечения безопасности его необходимо немедленно остановить. Когда возникает ситуация короткого замыкания, ИС защиты активирует защиту от короткого замыкания. Время задержки для защиты от короткого замыкания очень короткое, обычно менее 7 микросекунд. Его принцип работы аналогичен принципу максимальной токовой защиты, но отличается метод оценки и другое время задержки защиты.

В настоящее время компания проводит исследования и разработки различных энергетических ядер. В конечном итоге сборка готовых аккумуляторов также является одной из наших целей. Схема защиты будет одним из важных компонентов, которые мы рассматриваем. С более широким применением литий-ионных аккумуляторов требования к схемам защиты становятся все более высокими. В будущем ИС защиты еще больше повысит точность определения напряжения, снизит потребление тока ИС защиты и улучшит предотвращение ошибочных действий. По мере того, как объем мобильного телефона становится все меньше и меньше, требования к объему схемы защиты литий-ионных аккумуляторов становятся все меньше и меньше. За последние два года появились продукты, которые интегрируют ИС управления и MOSFET в ИС защиты, такие как серия DA7112 от DIALOG. Некоторые производители даже инкапсулируют всю защитную схему в ИС небольшого размера, например, в продукции MITSUMI.

Страница содержит содержимое машинного перевода.