鋰電池管理

鋰電池保護板的工作原理

  •   鋰電池保護板根據使用IC,電壓等不同而電路及參數有所不同,保護板有兩個核心部件:一塊保護IC,它是由精確的比較器來獲得可靠的保護參數;另外是MOSFET串在主充放電迴路中擔當高速開關,執行保護動作。下面以DW01 配MOS管8205A進行講解:

      激活保護板的方法:當保護板P+、P-沒有輸出處於保護狀態,可以短路B-、P-來激活保護板,這時,Dout、Cout均會處於低電平(保護IC此兩端口是高電平保護,低電平常態)狀態打開兩個MOS開關。

      1.鋰電池保護板其正常工作過程爲:

      當電芯電壓在2.5V至4.3V之間時,DW01 的第1腳、第3腳均輸出高電平(等於供電電壓),第二腳電壓爲0V。此時DW01 的第1腳 、第3腳電壓將分別加到8205A的第5、4腳,8205A內的兩個電子開關因其G極接到來自DW01 的電壓,故均處於導通狀態,即兩個電子開關均處於開狀態。此時電芯的負極與保護板的P-端相當於直接連通,保護板有電壓輸出。

      2.保護板過放電保護控制原理:

      當電芯通過外接的負載進行放電時,電芯的電壓將慢慢降低,同時DW01 內部將通過R1電阻實時監測電芯電壓,當電芯電壓下降到約2.3V時DW01 將認爲電芯電壓已處於過放電電壓狀態,便立即斷開第1腳的輸出電壓,使第1腳電壓變爲0V,8205A內的開關管因第5腳無電壓而關閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處於斷開狀態。即電芯的放電迴路被切斷,電芯將停止放電。保護板處於過放電狀態並一直保持。等到保護板的P 與P-間接上充電電壓後,DW01 經B-檢測到充電電壓後便立即停止過放電狀態,重新在第1腳輸出高電壓,使8205A內的過放電控制管導通,即電芯的B-與保護板的P-又重新接上,電芯經充電器直接充電。

      3.保護板過充電保護控制原理:

      當電池通過充電器正常充電時,隨着充電時間的增加,電芯的電壓將越來越高,當電芯電壓升高到4.4V時,DW01 將認爲電芯電壓已處於過充電電壓狀態,便立即斷開第3腳的輸出電壓,使第3腳電壓變爲0V,8205A內的開關管因第4腳無電壓而關閉。此時電芯的B-與保護板的P-之間處於斷開狀態。即電芯的充電迴路被切斷,電芯將停止充電。保護板處於過充電狀態並一直保持。等到保護板的P 與P-間接上放電負載後,因此時雖然過充電控制開關管關閉,但其內部的二極管正方向與放電迴路的方向相同,故放電迴路可以進行放電,當電芯的電壓被放到低於4.3V時,DW01 停止過充電保護狀態重新在第3腳輸出高電壓,使8205A內的過充電控制管導通,即電芯的B-與保護板P-又重新接上,電芯又能進行正常的充放電.

      4.保護板短路保護控制原理:

      在保護板對外放電的過程中,8205A內的兩個電子開關並不完全等效於兩個機械開關,而是等效於兩個電阻很小的電阻,並稱爲8205A的導通內阻, 每個開關的導通內阻約爲30m\U 03a9共約爲60m\U 03a9,加在G極上的電壓實際上是直接控制每個開關管的導通電阻的大小當G極電壓大於1V時,開關管的導通內阻很小(幾十毫歐),相當於開關閉合,當G極電壓小於0.7V以下時,開關管的導通內阻很大(幾MΩ),相當於開關斷開。電壓UA就是8205A的導通內阻與放電電流產生的電壓,負載電流增大則UA必然增大,因UA0.006L×IUA又稱爲8205A的管壓降,UA可以簡接表明放電電流的大小。上升到0.2V時便認爲負載電流到達了極限值,於是停止第1腳的輸出電壓,使第1腳電壓變爲0V、8205A內的放電控制管關閉,切斷電芯的放電迴路,將關斷放電控制管。換言之DW01 允許輸出的最大電流是3.3A,實現了過電流保護。

      5. 短路保護控制過程:

      短路保護是過電流保護的一種極限形式,其控制過程及原理與過電流保護一樣,短路只是在相當於在P  P-間加上一個阻值小的電阻(約爲0Ω)使保護板的負載電流瞬時達到10A以上,保護板立即進行過電流保護。

鋰電池保護板的技術指標

  •   1、電壓保護能力

      過充電保護:保護板必須具有預防電芯電壓超過預設值的能力過放電保護:保護板必須具有預防電芯電壓底於預設值的能力

      2.電流能力(過流保護電流,短路保護)

      保護板作爲鋰電芯的安全保護器件,既要在設備的正常工作電流範圍內,能可靠工作,又要在當電池被意外短路或過流時能迅速動作,使電芯得到保護.

      3、導通電阻:

      定義:當充電電流爲500mA時,MOS管的導通阻抗。

      由於通訊設備的工作頻率較高,數據傳輸要求誤碼率低,其脈衝串的上升及下降沿陡,故對電池的電流輸出能力和電壓穩定度要求高,因此保護板的MOS管開關導通時電阻要小,單節電芯保護板通常在<70mΩ ,如太大會導致通訊設備工作不正常,如手機在通話時突然斷線、電話接不通、噪聲等現象。

      4、自耗電流

      定義:IC工作電壓爲3.6V,空載狀態下,流經保護IC的工作電流,一般極小.

      保護板的自耗電流直接影響電池的待機時間,通常規定保護板的自耗電流小於10微安.

      5、機械性能、溫度適應能力、抗靜電能力

      保護板必須能通過國標規定的震動,衝擊試驗;保護板在- 40到85度能安全工作,能經受±15KV的非接觸ESD靜電測試.

鋰電池保護板的應用

  •   鋰電池保護板廣泛應用於手機、對講機、便攜式DVD、礦燈、電動玩具、MP3/4電動工具、數碼相機攝像機、筆記本電腦、軍用戰術燈、測繪儀器電動自行車、電動滑板車、航模、機器人、吸塵器、各種野外勘探作業設備。

鋰電池保護板的主要廠商

  •   保護IC的生產商

      1)精工:日本

      S8261<單節>,S8232<雙節>。。。

      2)理光:日本

      R5400、R5402、R5421、R5426 。。。

      3)美之美:日本

      MM3077<單節>,MM1414<3/4節>。。。

      4)富晶:臺灣

      單節:DW01+,DW01-,FS312F,FS326系列。

      雙節:FS3332

      5)新德:臺灣 CS213 (單節)

      6)中星微:北京 VM7021 (單節)

      7)士蘭:杭州 SC451(單節)

      MOSFET的生產商

      1)捷拓(臺灣):GE8205A,GE9926、5NF20V。。。

      2)ANPEC茂達(臺灣):

      APM9926,SM9926C,SM9988,APM9435,APM4435,APM2506 APM4953,APM9926,APM4410,APM2301,APM7313,APM3055,APM2014,APM2054,APM2509,APM9410。。。

      3)FAIRCHILD(仙童):FDS9926,FDW9926

      4)CET(臺灣華瑞):CEM9926, CEM8205,CES2301,CES2312,CES2321, CEM9435,CEM4953,CEM8958。。

      5)ST(意法):5NF20V

      6)SANYO(日本三洋):FTD2017、FTD2011A、ECH8601、。。。

      7)AOS(美國)AO8822、AO8810、AO8816、AO4805、AO4953、AO9953、AO4801H。。。

      8)三合微(臺灣):STG8203、STG8204、STG8205、STG2301。。。

      9)南海(臺灣):SSS8205,SSS9926,SSS5NF20V。。。

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