リチウムイオンが回路を保護する方法

近年、PDA、デジタルカメラ、携帯電話、携帯オーディオ機器など、リチウムイオン電池を主電源とする製品が増えています。ただし、ニッケルカドミウム、ニッケル水素などの電池とは異なり、リチウムイオン電池は充電と放電を考慮する必要があります。安全性、キャラクターの劣化を防ぎます。現在、角型と円筒型の両方のリチウムイオンコアは、防爆穴、ダイアフラム、PTCなどの特定の安全保護対策を採用しています。使用中の完成したリチウムイオン電池の安全性をさらに確保するために、その過充電、過放電、過電流、および短絡を保護することが重要です。したがって、保護回路は通常、バッテリーの充電状態と放電状態のためにバッテリーパック内に設計されています。効果的な監視、および特定の条件下では、バッテリーの損傷を防ぐために充電回路と放電回路が閉じられます。

通常の状況では、リチウムイオン電池の保護回路は、保護ICと2つのパワーMOSFETで構成されています。これらはICを保護して電池電圧を監視し、スイッチがあればプラグインパワーMOSFETで電池を保護します。過充電および放電状態。 ICを保護する機能は、過充電保護、過放電保護、および過電流/短絡保護です。

1、正常状態

回路の通常状態では、MOSFETは導通状態にあり、バッテリーは自由に充電および放電できます。 MOSFETの導通インピーダンスは小さく（通常は30 mm未満）、その導通抵抗が回路の性能に与える影響はわずかです。この状態で保護回路が消費する電流はμAで、通常は7μA未満です。

2、過充電保護

リチウムイオン電池に必要な充電方法は、定電流/定圧です。充電の初期段階では、定電流が充電されます。充電プロセスにより、電圧は4.2 Vに上昇し、電流がますます小さくなるまで定圧が充電されます。

バッテリーの充電時に充電回路が制御不能になると、バッテリー電圧が4.2 Vを超えた後もバッテリー電圧は充電され続けます。このとき、バッテリー電圧は上昇し続けます。バッテリー電圧が4.3Vを超えて充電されると、バッテリーの化学的側面が反応を強め、バッテリーの損傷や安全上の問題を引き起こす可能性があり、充電状態を終了する必要があります。この時点で、保護ICがバッテリ電圧を検出します。 4.28 Vに達すると（バッテリの過充電ポイントが4.28 Vであると仮定）、過充電保護がアクティブになり、パワーMOSFETが導通から遮断に切り替えられてから、充電がオフになります。また、過充電保護と判断されないように、ノイズによる過充電検出エラーにも注意を払う必要があります。したがって、遅延時間は通常約1秒に設定する必要があります。また、遅延時間はノイズの持続時間より短くすることはできません。

3、過放電保護

外部負荷放電の過程で、バッテリーの電圧は放電過程とともに徐々に低下します。過放電の場合、電解液は分解により電池の特性を劣化させます。この時点で、バッテリーが負荷を放電し続けると、バッテリーに恒久的な損傷を与えることになります。

バッテリ放電プロセスでは、制御ICがバッテリ電圧が2.3 V未満であることを検出すると（この値は制御ICによって決定され、ICによって値が異なります）、過剰な放電保護がアクティブになり、パワーMOSFETが作動します。オンからカットオフに切り替わります。放電、バッテリーの過度の放電を回避し、バッテリーを低静電流スタンバイモードに保つために、この時点での電流はわずか0.1μAです。リチウムイオン電池を充電器に接続し、リチウムイオン電池の電圧が過放電電圧よりも高い場合、過放電保護機能を解除することができます。また、パルス放電の状況を考慮して、過放電検出回路には誤動作を防ぐための遅延時間があります。

4、過電流保護

安全を確保するために、原因不明の過電流により、直ちに放電を停止する必要があります。つまり、放電電流が大きすぎると、保護ICが過電流保護を作動させます。このとき、過電流検出では、パワーMOSFETのRds（on）を誘導インピーダンスとして使用し、電圧降下を監視します。 Gaozeが指定された過電流検出電圧を超えて放電を停止した場合、式は次のようになります。V= I×Rds（on）×2（Vは過電流検出電圧、Iは放電電流）同じ、過電流検出にも遅延が必要ですバースト電流が流入した場合の偶発的な動作を防ぐための時間。この遅延時間は通常約13ミリ秒です。通常、過電流が発生した後、過電流要因を取り除くことができれば（たとえば、負荷からすぐに分離できれば）、通常の状態に戻り、通常の充電および放電アクションを再度実行できます。

短絡保護

不明な理由による短絡、安全を確保するために、すぐに停止する必要があります。短絡状態が発生すると、保護ICが短絡保護をアクティブにします。短絡保護の遅延時間は非常に短く、通常は7マイクロ秒未満です。その動作原理は過電流保護と似ていますが、判断方法が異なり、保護遅延時間も異なります。

現在、同社はさまざまなパワーコアの研究開発を行っています。長期的には、完成したバッテリーの組み立ても私たちの目標の1つです。保護回路は、私たちが検討する重要なコンポーネントの1つです。リチウムイオン電池の用途が広がるにつれ、保護回路の要件はますます高くなっています。将来的には、保護ICは検出電圧の精度をさらに向上させ、保護ICの消費電流を削減し、誤動作の防止を向上させます。携帯電話の容量がますます小さくなるにつれて、リチウムイオン電池の保護回路の容量に対する要件はますます小さくなっています。過去2年間で、DIALOGのDA7112シリーズなど、制御ICとMOSFETを保護ICに統合した製品があります。一部のメーカーは、MITSUMIの製品のように、保護回路全体を小型のICにカプセル化しています。

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