电池电路作业原理介绍

电池电路作业原理电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功用，其作业原理剖析如下：

 

1、正常情况在正常情况下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通情况，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，一般小于30毫欧，因而其导通电阻对电路的功用影响很小。7|此情况下保护电路的消耗电流为μA级，一般小于7μA。

 

2、过充电保护锂离子电池要求的充电方法为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，跟着充电进程，电压会上升到4.2V（根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V），转为恒压充电，直至电流越来越小。电池在被充电进程中，假设充电器电路失掉控制，会使电池电压跨过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至跨过4.3V时，电池的化学副反应将加重，会导致电池损坏或呈现安全问题。

 

在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压抵达4.28V（该值由控制IC挑选，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使V2由导通转为关断，然后堵截了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压跨过4.28V至宣告关断V2信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由C3挑选，一般设为1秒左右，以避免因搅扰而构成误判别。

 

3、过放电保护电池在对外部负载放电进程中，其电压会跟着放电进程逐步下降，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时假设让电池继续对负载放电，将构成电池的永久性损坏。在电池放电进程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V（该值由控制IC挑选，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，然后堵截了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。

 

由于在过放电保护情况下电池电压不能再下降，因而要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗情况，整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到电池电压低于2.3V至宣告关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3挑选，一般设为100毫秒左右，以避免因搅扰而构成误判别。

 

4、过电流保护由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规矩了其放电电流最大不能跨过2C（C=电池容量/小时），当电池跨过2C电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或呈现安全问题。电池在对负载正常放电进程中，放电电流在通过串联的2个MOSFET时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端发作一个电压，该电压值U=I*RDS*2, RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致反常，使回路电流增大，当回路电流大到使U>0.1V（该值由控制IC挑选，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，然后堵截了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。

 

在控制IC检测到过电流发作至宣告关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3挑选，一般为13毫秒左右，以避免因搅扰而构成误判别。在上述控制进程中可知，其过电流检测值大小不只取决于控制IC的控制值，还取决于MOSFET的导通阻抗，当MOSFET导通阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小。

 

5、短路保护电池在对负载放电进程中，若回路电流大到使U>0.9V（该值由控制IC挑选，不同的IC有不同的值）时，控制IC则判别为负载短路，其“DO”脚将活络由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，然后堵截放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，一般小于7微秒。其作业原理与过电流保护类似，只是判别方法不同，保护延时时间也不一样。

 

由于电容并不消耗能量，所以可以实现能量的无损转移。但这种方式太繁琐了，现在的动力电池动不动几十节串联，要是采用这种方式，需要很多开关来控制。以上详细论说了单节锂离子电池保护电路的作业原理，多节串联锂离子电池的保护原理与之类似，在此不再赘述，上面电路中所用的控制IC为日本理光公司的R5421系列，在实践的电池保护电路中，还有许多其它类型的控制IC，如日本精工的S-8241系列、日本MITSUMI的MM3061系列、台湾富晶的FS312和FS313系列、台湾类比科技的AAT8632系列等等，其作业原理迥然不同，只是在详细参数上有所不同，有些控制IC为了节省外围电路，将滤波电容和延时电容做到了芯片内部，其外围电路可以很少，如日本精工的S-8241系列。除了控制IC外，电路中还有一个重要元件，便是MOSFET，它在电路中起着开关的作用，由于它直接串接在电池与外部负载之间，因而它的导通阻抗对电池的功用有影响，当选用的MOSFET较好时，其导通阻抗很小，电池包的内阻就小，带载才干也强，在放电时其消耗的电能也少。

 

跟着科技的展开，便携式设备的体积越做越小，而跟着这种趋势，对锂离子电池的保护电路体积的要求也越来越小，在这两年已呈现了将控制IC和MOSFET整组成一颗保护IC的产品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的厂家甚至将整个保护电路封装成一颗小规范的IC，如MITSUMI公司的产品。

个人感觉如下：

1. 对于 10AH 以内的电池组，采用能量消耗型可能是比较好的选择，控制简单。

2. 对于几十 AH 的电池组来说，采用一拖多的反激变压器，结合电池采样部分来做电池均衡应该是可行的。

3. 对于上百 AH 的电池组来说，可能采用独立的充电模块会好一些，因为上百 AH 的电池，均衡电流都在10多 A 左右，如果串联节数再多一些，均衡功率都很大，引线到电池外，采用外部 DC-DC 或 AC-DC 均衡也许更安全。

目前的均衡都是以电池电压一致作为均衡的结束条件，但随着 SOC 计算越来越准确，容量一致的均衡应该是未来发展的趋势。