リチウムイオン電池保護ボードをどのように作動させますか？

リチウムイオン電池の保護機能は、通常、保護回路基板とPTCなどの電流デバイスによって完了します。保護ボードは、電子回路、バッテリーコアの電圧、および-40°C〜 + 85°Cの環境で正確に監視された充電および放電回路で構成されています。現在の回路のオンとオフを制御します。バッテリーの損傷を防ぐための高温環境でのPTC。

通常のリチウム電池保護ボードには、通常、制御IC、MOSスイッチ、抵抗、コンデンサ、および補助デバイスFUSE、PTC、NTC、ID、メモリなどが含まれます。制御ICは、通常の状態ではMOSスイッチがオンになるように制御し、セルと外部回路がオンになり、セル電圧またはループ電流が規定値を超えると、すぐにMOSスイッチを制御してオフにします。セルを保護します。安全性。

保護ボードが正常な場合、Vddは高レベル、Vss、VMは低レベル、DOおよびCOは高レベルです。 Vdd、Vss、VMのいずれかのパラメータが変更されると、DOまたはCOのレベルは次のようになります。変更が発生しました。

リチウムイオン電池保護板の原理

リチウム電池（充填可能）が保護を必要とする理由は、それ自体の特性によって決まります。リチウム電池自体の材料は、過充電、過放電、過電流、短絡、超高温の充電と放電ができないと判断しているため、リチウム電池のリチウム電池アセンブリは、常に絶妙な保護ボードと電流ヒューズに従います。

保護回路基板とPTCなどの現在のデバイスは、通常、リチウム電池の保護機能を完了します。保護ボードは電子回路で構成されており、バッテリーコアと充電および放電回路の電圧は-40°C〜 + 85°Cの環境で正確に監視されます。電流回路のオンとオフの現在のタイムリーな制御。バッテリーの損傷を防ぐための高温環境でのPTC。

通常のリチウム電池保護ボードには、通常、制御IC、MOSスイッチ、抵抗、コンデンサ、および補助デバイスFUSE、PTC、NTC、ID、メモリなどが含まれます。制御ICは、通常の状態ではMOSスイッチがオンになるように制御し、セルと外部回路をオンにし、セル電圧またはループ電流が規定値を超えると、直ちにMOSスイッチを制御してオフにします。 、およびセルを保護します。安全性。

リチウムイオン電池保護ボードの原理の詳細な分析

保護ボードが正常な場合、Vddは高レベル、Vss、VMは低レベル、DOおよびCOは高レベルです。 Vdd、Vss、VMのいずれかのパラメータが変更されると、DOまたはCOのレベルは次のようになります。変更が発生しました。

1.過充電検出電圧：通常状態では、CO端子がハイレベルからローレベルに変化すると、VddはVDDとVSSの間の電圧まで徐々に上昇します。

2.過充電解除電圧：充電状態では、CO端子が低レベルから高レベルに変化すると、VddはVDDとVSSの間の電圧まで徐々に低下します。

3.過放電検出電圧：通常状態では、DO端子がハイレベルからローレベルに変化すると、VddはVDDとVSSの間の電圧まで徐々に低下します。

4.過放電解放電圧：過放電状態では、DO端子が低レベルから高レベルに変化すると、VddはVDDとVSSの間の電圧まで徐々に上昇します。

5.過電流1検出電圧：通常の状態では、DOが高レベルから低レベルに変化すると、VMはVMとVSSの間の電圧まで徐々に上昇します。

6.過電流2検出電圧：通常状態では、DO端子が高レベルから低レベルに変化すると、VMはOVから1ms以上4ms以下の速度でVMとVSS間の電圧まで上昇します。 。

7.負荷短絡検出電圧：通常状態では、DO端子が高レベルから高レベルに変化すると、VMはOVからVMとVSSの間の電圧まで1μS以上50μS以下の速度で上昇します。低レベル。

8.充電器検出電圧：過放電状態では、DOが低レベルから高レベルに変化すると、VMは徐々にOVに低下し、VMとVSSの間の電圧が低下します。

9.通常動作時の消費電流：通常状態では、VDD端子（IDD）を流れる電流が通常動作時の消費電流になります。

10.過放電電流消費量：放電状態では、VDD端子（IDD）を流れる電流が過電流放電電流消費量です。

典型的なリチウムイオン電池保護回路

リチウム電池の化学的性質により、通常の使用では電気エネルギーと化学エネルギーの内部化学反応が相互に変換されますが、過充電、過放電、過電流などの特定の条件下では、内部電池が発生します。化学的副反応が起こり、電池の性能や耐用年数に深刻な影響を及ぼし、大量のガスが発生し、電池の内圧が急激に上昇して爆発し、安全上の問題が発生する可能性があります。したがって、すべてのリチウム電池には保護が必要です。バッテリーの充電状態と放電状態を効果的に監視し、バッテリーの損傷を防ぐために特定の条件下で充電回路と放電回路をシャットダウンするために使用される回路。

下の図は、典型的なリチウムイオン電池保護回路図を示しています。

リチウムイオン電池保護ボードの原理の詳細な分析

上の図に示すように、保護ループは2つのMOSFET（V1、V2）と制御IC（N1）、およびいくつかのRCコンポーネントで構成されています。制御ICは、バッテリ電圧とループ電流を監視し、2つのMOSFETのゲートを制御します。 MOSFETは、充電回路と放電回路のそれぞれの導通とシャットダウンを制御する回路のスイッチとして機能し、C3は遅延コンデンサです。過充電保護、過放電保護、過電流保護、および短絡保護を備えたその動作原理は次のとおりです。

1、正常状態

通常状態では、N1の「CO」ピンと「DO」ピンが回路に高電圧を出力し、両方のMOSFETが導通状態にあり、バッテリーは自由に充電および放電できます。 MOSFETのオン抵抗は小さいため、通常は小さくなります。 30ミリオームなので、そのオン抵抗は回路の性能にほとんど影響を与えません。この状態での保護回路の消費電流はμAレベルで、通常は7μA未満です。

2、過充電保護

リチウムイオン電池には、定電流/定電圧が必要です。充電の初期段階では、定電流で充電していました。充電プロセスとして、電圧は4.2Vに上昇します（カソードの材質によっては、一部のバッテリーには4の定電圧が必要です）。 .1V）、電流がどんどん小さくなるまで定電圧充電に切り替えます。バッテリーが充電されたとき、充電回路が制御を失うと、バッテリー電圧は4.2Vを超え、定電流充電を継続します。このとき、バッテリー電圧は上昇し続けます。バッテリーの電圧が4.3Vを超えると、バッテリーの化学的副反応が増加し、バッテリーの損傷や安全上の問題が発生します。保護回路付きのバッテリでは、制御ICがバッテリ電圧が4.28Vに達す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ごとに値が異なります）、「CO」ピンは高電圧からゼロ電圧。 V2がオンからオフになり、充電回路が遮断されたため、充電器はバッテリーを充電できなくなり、過充電保護として機能します。このとき、V2が提供するボディダイオードVD2が存在するため、バッテリーはダイオードを介して外部負荷を放電する可能性があります。制御ICがバッテリー電圧が4.28Vを超えたことを検出してからV2信号がオフになるまでに遅延時間があります。 C3によって決定される遅延時間の長さ。通常、干渉を避けるために約1秒に設定されます。誤判断。

3、短絡保護

バッテリが負荷に放電しているとき、ループ電流が非常に大きい場合U> 0.9V（この値は制御ICによって決定され、異なるICは異なる値を持ちます。制御ICは、負荷が短絡していると判断し、その " DO "ピン高電圧からゼロ電圧にすばやく変化し、V1をオンからオフに切り替えて、放電ループを遮断し、短絡保護を提供します。短絡保護の遅延時間は非常に短く、通常はそれより短くなります。動作原理は過電流保護と似ていますが、判定方法が異なり、保護遅延時間も異なります。制御ICに加えて、回路にはもう1つの重要なコンポーネントであるMOSFETがあります。回路内のスイッチとして機能し、バッテリーと外部負荷を直接接続しているため、オン抵抗がバッテリーに影響を与えます。選択したMOSFETが優れていると、オン抵抗が小さくなり、バッテリーパックの内部抵抗が小さく、負荷容量も大きく、放電時の消費電力が少ない。

4、過電流保護

リチウムイオン電池の化学的性質により、電池メーカーは、放電電流が2C（C =電池容量/時間）を超えてはならないことを規定しています。バッテリーが2Cの電流放電を超えると、永久的な損傷または安全上の問題が発生します。バッテリーの通常の放電中に、放電電流は直列の2つのMOSFETを通過しました。 MOSFETのオン抵抗により、MOSFETの両端に電圧が発生します。電圧値U = I * RDS * 2、RDSは単一のMOSFETのオン抵抗であり、制御ICの「V-」ピンが電圧値を検出します。何らかの理由で負荷が異常になると、ループ電流が増加し、ループ電流がU> 0.1V（この値）と大きくなります。制御ICが異なるICの値が異なると判断すると、「DO」ピンが高電圧からゼロ電圧に変換され、V1がオンからオフになり、放電ループが遮断され、ループ内の電流がゼロになります。 。過電流保護として機能します。また、制御ICが過電流を検出してからV1信号がオフになるまでに遅延があります。干渉によって引き起こされる誤判断を避けるために、C3によって決定される遅延の長さ（通常は約13ミリ秒）。上記の制御プロセスにおいて、過電流検出値は、制御ICの制御値だけでなく、MOSFETのオン抵抗にも依存します。 MOSFETのオン抵抗が大きい場合、同じ制御ICに過電流保護が適用されます。値が小さいほど。

5、過放電保護

バッテリーが外部負荷に放電されると、その電圧は放電プロセスとともに徐々に低下します。バッテリー電圧が2.5Vに低下すると、その容量は完全に放電されます。この間、バッテリーが負荷を放電し続けると、バッテリーに永久的な損傷を与えます。バッテリ放電中、制御ICがバッテリ電圧が2.3V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が異なれば値も異なります）。その「DO」ピンが高電圧からゼロ電圧に変換され、V1がオンからオフに切り替わって放電回路が遮断されるため、バッテリーは負荷を放電できなくなり、過放電から保護されます。 V1ボディダイオードVD1が存在するため、充電器はダイオードを介してバッテリーを充電できます。過放電保護状態では電池電圧を下げることができないため、保護回路の消費電流は非常に小さくする必要があります。したがって、制御ICは低電力状態になり、保護回路全体の消費量は0.1μA未満になります。制御ICがバッテリ電圧が2.3V未満であることを検出してから、V1信号がオフになるまでの遅延時間もあります。 C3によって決定される遅延時間の長さ。通常、干渉の誤判定を避けるために約100ミリ秒に設定されます。

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