時(shí)間:2022-11-08 16:35:32來源:CSDN技術(shù)社區(qū)
電池大小不同,電路板尺寸也不一樣。揭開塑料膜,你會(huì)發(fā)現(xiàn),其上布置了很多的元器件。
或許會(huì)有人問,這塊板子究竟有何作用?其實(shí)呢,電池模組方面,沒了這塊電路板,還真沒人敢用了!
關(guān)于鋰電池的充放電,高中化學(xué)我們就學(xué)過,其主要依靠離子在正負(fù)極的移動(dòng)來完成的。充放電過程中,離子在兩極之間往返嵌入和脫嵌。充電時(shí),正極會(huì)生成鋰離子,離子從正極嵌脫通過電解液進(jìn)入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。放電則反之。然而在不加上述圖中的保護(hù)板的話,即很有可能會(huì)出現(xiàn)過充與過放。過充即正極離子轉(zhuǎn)移太多,過放即負(fù)極離子轉(zhuǎn)移過多。
無論是電池的過充還是過放,對(duì)電池的傷害都很大,同時(shí)也給用戶帶來了潛在的危害性。所以,為了避免電池的過充與過放,電池廠家往往會(huì)在電池上方加上這么一塊保護(hù)板,以避免過充,過放等對(duì)電池產(chǎn)生損壞的影響的發(fā)生。
也正是由于電路保護(hù)板的存在,使得鋰電池在正常使用時(shí),很難出現(xiàn)過充與過放的現(xiàn)象。通常情況下,鋰電池的充電的終止電壓為4.2V,即電池充滿時(shí)的電池電壓為4.2V。而電路板設(shè)置的保護(hù)電壓往往會(huì)比這個(gè)高,有的為4.5V,當(dāng)因意外造成使得充電電池電壓超過4.5V即為過充。放電的截止電壓為3.0V,而電路板設(shè)置的保護(hù)的電壓比這個(gè)低,有的為2.8V,當(dāng)因意外放電放到2.8V以下,此時(shí)為過放。
圖示為我畫的簡單的電路板原理圖的設(shè)計(jì),簡單到不能再簡單了。P+,P-為電池連接器上的VBAT+與VBAT-即主要與外界直接聯(lián)系的供電(圖一的紅黑兩條線)。U1為控制IC芯片。根據(jù)外部電壓的變化,作出判斷,進(jìn)而打開或者關(guān)閉Q1.Q2 MOS管,以保證電路的正常工作與斷開。B+,B-為電池電芯的正負(fù)極。ID與TH均為選配,并不是每個(gè)電池保護(hù)板都有。ID方面,MCU通過讀取ID管腳電阻的阻值來獲悉電池的類型信息。TH端接的是一個(gè)NTC電阻,根據(jù)NTC電壓,利用ADC轉(zhuǎn)換,可獲取其最終對(duì)應(yīng)的溫度值,以保證在電池高溫時(shí)可以停止充電并關(guān)機(jī)。
下面講一下,電池在不同的狀態(tài)下,電路板的工作情況:
1. 正常工作狀態(tài)
在正常工作狀態(tài)下,電路中U1的”CO”與“DO”都是高電平輸出,兩個(gè)MOS管都正常導(dǎo)通。構(gòu)成了完整的回路,電池可以正常的進(jìn)行充電與放電。且MOS管的導(dǎo)通電阻很小,在10毫歐左右。其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。
2. 過充保護(hù)
電池在充電過程中分為三個(gè)階段,分別為涓流充電,恒流充電以及恒壓充電。涓流充電即充電使得電芯電壓達(dá)到規(guī)格書中的要求電壓,一般為3V,這個(gè)過程的電流非常的小。待電池電壓充電達(dá)到3.0V以后,便進(jìn)入恒流充電,此時(shí)電流恒定,電壓不斷增大。當(dāng)電壓值增大到4.2V時(shí),轉(zhuǎn)換為恒壓充電,此時(shí)電流會(huì)越來越小直至充滿。(里面的電壓值根據(jù)要求的不同,電壓值也略有差異)。
電池在充電的過程中,如果充電電路因意外失去控制,使得電芯電壓超過4.2V且滿足過充電壓的延時(shí)時(shí)間時(shí),即進(jìn)入過充狀態(tài),這個(gè)時(shí)候是比較危險(xiǎn)的。
但是如果有了保護(hù)板,就不用擔(dān)心了。其上的控制IC會(huì)檢測(cè)VDD-VSS壓差,當(dāng)壓差超過保護(hù)值時(shí),IC控制“CO”腳將由高電平轉(zhuǎn)換為低電平,此時(shí)MOS管關(guān)斷,形成斷路,從而起到了充電保護(hù)的作用。
控制IC在檢測(cè)到電池電壓超過規(guī)定值關(guān)斷MOS管這一過程,存在一定的延時(shí),目的是為了避免因干擾而造成誤判,同時(shí)在平板電池方面,延遲一般為1s。
遇到過充恢復(fù)的措施
a. P+與P-接上負(fù)載,因?yàn)镸OS管自帶體二極管,電池會(huì)通過二極管構(gòu)成回路對(duì)外放電,直至放電到正常電壓,MOS管導(dǎo)通即可繼續(xù)使用。
b. B+與B-接上負(fù)載,使得電芯兩端電壓下降到保護(hù)IC的過充恢復(fù)電壓。
3. 過放保護(hù)
電池在對(duì)外部負(fù)載放電時(shí),電壓會(huì)不停的降低。當(dāng)電池將至設(shè)定值時(shí)(一般為3.0V),其電池容量會(huì)放光。
放電過程中,當(dāng)出現(xiàn)過放,即放電至3.0V后,電池還在放電,且達(dá)到保護(hù)板設(shè)定的電壓值時(shí)(一般為2.8V),控制IC檢測(cè)電芯電壓后,將“DO”腳將有高電平轉(zhuǎn)換為零電平,使得Q2mos管關(guān)斷,從而切斷放電回路,此時(shí)電池?zé)o法對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電,起到了保護(hù)的作用。
遇到過放恢復(fù)的辦法
由于Q2體二極管的存在,可通過插入充電器,通過體二極管對(duì)電池進(jìn)行充電,恢復(fù)至電芯2.8V后解除保護(hù)板的保護(hù),MOS管導(dǎo)通,形成完整回路,電池達(dá)到3.0V后開機(jī)。
4. 過流保護(hù)
由于鋰電子電池的化學(xué)特性,電池廠家對(duì)充電與放電電流均設(shè)置了上限,當(dāng)超過這個(gè)上限時(shí),將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞。
拿放電舉例子,電池在正常放電時(shí),放電電流會(huì)經(jīng)過串聯(lián)在一起的MOS管,由于MOS管自身存在導(dǎo)通阻抗,其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓,電壓值為U=2 I Rds,Rds為單個(gè)MOS管的導(dǎo)通阻抗??刂艻C上的腳會(huì)對(duì)VM腳的電壓值不斷的檢測(cè)。若負(fù)載因?yàn)槟撤N原因?qū)е禄芈冯娏鬟^大,使得MOS管的導(dǎo)通壓降大于規(guī)定值時(shí),其“DO”腳將會(huì)由高電平轉(zhuǎn)換為零電平,使得Q2 MOS管關(guān)斷,從而切斷回路,使得回路電流為0.起到過電流保護(hù)作用。
5. 短路保護(hù)
電池在對(duì)負(fù)載放電時(shí),若回路電流大到使得VM腳檢測(cè)到的電壓值大于規(guī)定值時(shí),控制IC則判斷為負(fù)載短路,其“DO”腳將迅速由高電平轉(zhuǎn)換為零電平,使得Q2 MOS管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護(hù)的作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間較短,通常是微秒級(jí)別。且短路保護(hù)的電流值遠(yuǎn)大于過流保護(hù)的電流值。
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