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锂电池保护芯片工作原理是什么?

作者: 宇凡微 编辑: 单片机工程师 来源: 宇凡微 发布日期: 2021.11.09 浏览次数:
信息摘要:
目前,锂电池被广泛应用于手机、电脑、平板等各种电子产品之中。也就是说我们每天都会接触到锂电池,但是如果锂电池没有做好安全保护的措施,也会存在…

        目前,锂电池被广泛应用于手机、电脑、平板等各种电子产品之中。也就是说我们每天都会接触到锂电池,但是如果锂电池没有做好安全保护的措施,也会存在隐患。所以,在设计锂电池的时候,一定会用到锂电池保护板或者相应的BMS,因为锂电池的保护十分重要。今天,宇凡微为大家介绍的一个问题就是锂电池保护芯片原理是什么?

锂电池保护芯片

一、保护芯片工作原理中的主要元器件的介绍:
IC:对电池电压进行采样,然后根据判断发出各种指令来进行保护,是保护芯片的核心
MOS管:主要起到开关控制作用。
保护芯片正常工作:
MOS管在保护芯片上的最初可能是关闭状态,当锂电池被连接到保护芯片之后, MOS管首先被触发, P+和P-端才有输出电压,触发了常用的方法-将B-短接用一根导线。
保护芯片过充保护:
在P+和P-之间连接一个高于电池电压的电源,电源的正极连接B+,电源的负极连接B-。连接电源后,锂电池开始充电,电流方向流向电流,从电源正极流经电池、D1、MOS2到电源负极。IC通过电容取样电池电压值。当电池电压达到4.25v时,IC发出指令,使引脚CO处于低电平。此时,电流从电源正极出发,流经电池,电路起到保护作用。
保护芯片过放保护:
当 P+对P-进行适当的负载连接后,电池开始放电,如I2,电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池负极;当电池放电至2.5 v时, IC取样,发出指令,使MOS1截止,电路断开,电池被保护。
过流保护:
当 P+对P-进行适当的负载连接时,电池开始放电,其电流方向如I2,电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极,当负载骤减时 IC通过 VM引脚采样到突发性增加电流所产生的电压时, IC采样并发出指令,让MOS1截止,回路断开电池。
短路保护:

当 P+对P-上接负载后,电池开始放电电流方向,如I2,电流从电池的正极经负载、D2、MOS1进入电池的负极, IC通过 VM引脚采集突发性增加电流而产生的电压,然后 IC采样并发出指令,让MOS1截止,回路断开锂电池。


二、锂电池保护IC的功能
锂电池除了过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能等锂电的保护IC功能外,还有其他的保护IC的新功能。
1、过度充电保护的高精密度化
当锂离子电池处于过度充电状态时,为了防止温度升高引起的内压升高,必须停止充电状态。保护IC将检测电池电压。当检测到过度充电时,过度充电检测的功率MOSFET将切断并停止充电。此时,应注意过度充电检测电压的高精度化。当电池充电时,用户非常关心将电池充电到饱满状态,并考虑到安全问题。因此,当达到允许电压时,需要停止充电状态。为了同时满足这两个条件,必须有高精度的探测器。目前,探测器的精度为25mV,需要进一步提高。
2、降低保护IC的耗电
随着使用时间的增加,充电锂电池的电压会逐渐降低,最终低于规格和标准值。此时,需要再次充电。如果继续使用而不充电,电池可能会因过度放电而无法继续使用。为了防止过度放电,必须检测电池电压以保护IC。一旦达到过度放电检测电压以下,必须切断放电方的功率MOSFET并切断放电。但此时,电池本身仍有自然放电和IC保护的消耗电流,因此有必要将IC保护消耗的电流降到最低。
3、过电流/短路保护需有低检测电压及高精密度的要求
因不明原因导致短路时,必须立即停止放电。过电流检测以功率MOSFET的Rds(on)为感应阻抗,以监测其电压的下降。此时,如果电压高于过电流检测电压,则停止放电。为了使功率MOSFET的Rds(on)在充电电流和放电电流中得到有效应用,阻抗值应尽可能低。目前阻抗约为20mΩ~30mΩ,过电流检测电压较低。
4、耐高电压
 由于锂电池组在充电过程中瞬间产生高压,所以保护 IC应满足耐高压要求。
5、低电池功耗
在保护状态时,其静态耗电流必须要小0.1μA.
6、零伏可充电

一些锂电池在贮存过程中由于放置时间过长或异常等原因,会使电压降至0 V,因此需要保护 IC在0 V时也可实现充电。


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