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文檔簡介

負極枝晶效應(yīng)充電過程中Li+從正極LiCoO2中脫出,進入電解液,在充電器的外電場的作用下向負極移動依次進入石墨組成的負極,并形成LiC化合物,如果充電速度過快,使Li+來不及進入負極柵格,在負極附近的電解液中就會聚集Li+,這些靠近碳C負極的Li+很可能從負極俘獲一個電子成為金屬鋰,持續(xù)堆積后形成樹狀晶體,俗稱枝晶。陰魂借子/info-626/另外一種是隨著負極充滿電的程度越高,LiC晶格空間越少,從正極移動過來的LI+找到空格的機會就越少,如果充電速度不變的話,一樣會堆積Li+,因此在充電后半段要減小電流。枝晶長大會刺破隔膜,使電芯內(nèi)部形成正負極短路,所以說充電速度越快越危險,充電終止電壓越高越危險,充電時間越長也越危險負極枝晶效應(yīng)陰魂借子/info-626/鋰電池的使用根據(jù)上述所分析,鋰電池的電壓過高或過低都會造成嚴(yán)重問題,根據(jù)實際使用情況大致給鋰電池分了幾個使用區(qū)間如下:超過(4.275~4.35V)為高壓危險區(qū)4.2V~4.275V為高壓警戒區(qū)4.2V~(2.5~3.0V)為正常使用區(qū)2.3V~(2.5~3.0V)為低壓警戒區(qū)2.3V以下為低壓危險區(qū)陰魂借子/info-626/保護板的保護原理一1、單節(jié)保護板原理圖V1V2VD2VD1陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理二該保護回路由兩個MOSFET(Q1包含兩個MOSFET)和一個控制IC(IC1)外加一些阻容元件構(gòu)成??刂艻C負責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流,并控制兩個MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關(guān)作用,分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷,單節(jié)保護IC早期的延時電容外置在保護IC外圍電路,現(xiàn)在延時部分均內(nèi)置在保護IC的內(nèi)部,該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能,其工作原理分析如下陰魂借子http:m.///info-626/鋰電池的保護原理三1、正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下電路中IC1的“CO”(第3腳)與“DO”(第1腳)腳都輸出高電壓,兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài),電池可以自由地進行充電和放電,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μA級,通常小于7μA陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理四2、過充電保護

鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓,在充電初期,為恒流充電,隨著充電過程,電壓會上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同,有的電池要求恒壓值為4.1V),轉(zhuǎn)為恒壓充電,直至電流越來越小。

電池在被充電過程中,如果充電器電路失去控制,會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電,此時電池電壓仍會繼續(xù)上升,當(dāng)電池電壓被充電至超過4.3V時,電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇,會導(dǎo)致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理五在帶有保護電路的電池中,當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了充電回路,使充電器無法再對電池進行充電,起到過充電保護作用。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在,電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。

在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間,還有一段延時時間,我們稱為過充保護延時,時間由IC內(nèi)部或外部延時電容決定,通常設(shè)為1秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。

陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理六3、過放電保護

電池在對外部負載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當(dāng)電池電壓降至2.5V時,其容量已被完全放光,此時如果讓電池繼續(xù)對負載放電,將造成電池的永久性損壞。

在電池放電過程中,當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使電池?zé)o法再對負載進行放電,起到過放電保護作用。而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在,充電器可以通過該二極管對電池進行充電。

陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理七由于在過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低,因此要求保護電路的消耗電流極小,此時控制IC會進入低功耗狀態(tài),整個保護電路耗電會小于0.1μA。

在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由IC或外部延時電容決定,通常設(shè)為100毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理八4、過電流保護

由于鋰離子電池的化學(xué)特性,電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C(C=電池容量/小時),當(dāng)電池超過2C電流放電時,常規(guī)電池將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。

電池在對負載正常放電過程中,放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,會在其兩端產(chǎn)生一個電壓,該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗,控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測,若負載因某種原因?qū)е庐惓#够芈冯娏髟龃?,?dāng)回路電流大到使U>0.15V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使回路中電流為零,起到過電流保護作用。陰魂借子/info-626/鋰電池保護原理九在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由IC內(nèi)部或外部延時電容決定,通常為13毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。注:礦業(yè)用電池要小于10毫秒,因為接觸時大電流產(chǎn)生的火花能致使瓦斯爆炸!

在上述控制過程中可知,其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值,還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時,對同樣的控制IC,其過電流保護值越小。

陰魂借子/info-626/m.鋰電池的保護原理十5、短路保護

電池在對負載放電過程中,若回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,控制IC則判斷為負載短路,其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短,通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似,只是判斷方法不同,保護延時時間也不一樣。陰魂借子/info-626/鋰電池的保護原理十一除了控制IC外,電路中還有一個重要元件,就是MOSFET,它在電路中起著開關(guān)的作用,由于它直接串接在電池與外部負載之間,因此它的導(dǎo)通阻抗對電池的性能有影響,當(dāng)選用的MOSFET較好時,其導(dǎo)通阻抗很小,電池包的內(nèi)阻就小,帶載能力也強,在放電時其消耗的電能也少。陰魂借子/info-626/鋰電池保護原理PTC的作用6、關(guān)于PTC,其實PTC作為電池的第一個安全機構(gòu),當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時,PTC的阻值隨之上升,因而當(dāng)電池內(nèi)部的溫度過高時,會自動切斷陰極引線與陰極之間的電路。因為NI-MH電池一般在放電期間較為容易產(chǎn)生溫度過高現(xiàn)象,所以NI-MH電池一定要用PTC來做保護,否則會引起其他危險情況!而現(xiàn)在我們所用的LI電池1C以下電流溫度上升比較小,基本上不用PTC,但是有些高端客戶會增加PTC,來增大電池的安全系數(shù)!陰魂借子/info-626/鋰電池保護原理中NTC的作用7、關(guān)于NTC,一般是配合充電器和用電設(shè)備,在檢測電池溫度過高是來關(guān)斷回路!使整個回路不在工作。一般來講充電時電池會較為容易產(chǎn)生溫度升高,特別是大一點的電池,充電電流較大,還有加裝加裝外殼或其他腔體內(nèi)部,容易積累熱量,那么NTC就顯的極為重要!陰魂借子/info-626/電池組裝中的串并聯(lián)概念1、串聯(lián)的概念即是電壓的累計,容量保持單體容量。例如單體電芯為PL3834503.7V/1000mAh那么四節(jié)電芯串聯(lián)電壓表現(xiàn)出來就是4×3.7V=14.8V,而容量則保持不變?yōu)?000mAh整個電池表現(xiàn)為1000mAh/14.8V2、并聯(lián)的概念是容量的累計,而電壓保持單體的電壓例如單體電芯為PL3834503.7V/1000mAh那么4節(jié)電芯并聯(lián)起來表現(xiàn)出來的就是容量為4000mAh,電壓表現(xiàn)出來的就是3.7V。整個電池表現(xiàn)為4000mAh/3.7V陰魂借子/info-626/串聯(lián)連接時只能是按順序連接,了解轉(zhuǎn)接板或線路板上的相對電位點,不能混接造成有相對壓差的點相連從而造成相互之間短路。組裝過程中電芯間的短路注意事項陰魂借子/info-626/多串聯(lián)保護電路原理陰魂借子/info-626/1腳為過充電壓控制腳2、4、6、12、14、19為空腳,沒有定義。3腳為過流保護控制腳5腳為放電保護控制腳7為放電延時時間調(diào)解控制腳,通過調(diào)解外部電容來調(diào)解時間8腳過流保護延時時間設(shè)定控制腳。通過調(diào)解外部電容來調(diào)解時間9腳過充保護延時時間設(shè)

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