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锂电池充电保护电路设计需要注意什么?

时间:2021-01-21 17:22 点击次数:
 
 
 
国际上针对锂电池的安规标准明确要求锂电池在一级保护失效的情况下可以安全充放电。因此,为了让锂电池的应用更加安全,在一级保护电路(IC/Mosfet)的基础上,又增加了一级被动组件保护,用可恢复保险器件(PTC或MHP)去检测电池芯的温度,当温度异常升高时PTC或MHP立刻呈现高阻状态,阻碍电池的充放电,从而防止锂电池的起火爆炸,保护原理如下图。由图可知,当电池温度升高时,PTC动作,充电回路高阻,电流接近零,电池温度迅速下降。当需要给便携式设备充电时,聚合物电池对外放电,因为便携式设备普遍输入电压为5V,所以 有一个升压5V的系统。不论是充电管理系统还是升压系统,都需要电路板来提供,所以移动电源内部电路板设计得好坏决定了产品的智能与否。
 
锂电池保护电路设计
 
锂电池充电保护电路设计需要注意什么?
 
 
1、保护板PCBA
保护板主要是干几件事情,过充过放自动调节。我们用这样的一个比喻来说,一个人不吃饭饿过份了,和吃得太饱,是对身体没有好处的。因此为了保证移动电源的电芯不至于到两种极端,所以保护板在设计上做一个保护措施,避免对电芯的伤害。比如移动电源充满了,则自动关闭冲电,其实和手机那个充电器保护是一样一 样的。此外保护板还有一个重要的功能,就是转换率。比如电芯标称的5000mAh给用户的设备充电的时候,并不是完全100%转换的。 你1500mAh的手机电池,用5000mAh的移动电源充,理论上充三次多,但是实际上未必能充满。这就是因为电芯以及在这个充电过程中的物体是有电阻 的,这要消耗一部份。
 
2、过充保护
锂电池过充保护是用电源管理芯片去检测电压实现的,芯片内部在基准设置状态下(手机锂电池一般为3、5V)。当基准慢慢上升,当上升到VSS-VDD设 计值时,这时的电压就是保护过充关断电压,通过逻辑关系输出低或者高电平来控制外部控制电路来实现过充保护。当电压缓慢下降时设置VSS-VDD电压值来 取基准值当基准检测到在设置以下时,这是逻辑关系解除过充保护。
 
3、 过放保护
过放保护电压是指放电过渡时保护电池的最低电压,放电到这个电压点时,保护电路切断电路,达到保护电池的目的。
 
4、PTC介绍
PTC正温度系数热敏电阻又称 polyswitch,聚合物自复保险丝(polymer resettable fuse)聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体,其上会有电流通过。
当有过电流通过聚合物自复保险丝时, 产生的热量(为I2R)将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大,进一步使电 阻升高。当温度达到125°C时,电阻变化显著,从而使电流明显减小。
 
6、短路保护
短路造成的回路电流一般在额定工作电流的10倍以上,而过电流保护需要延迟约几十毫秒,直接短路导致的数十倍额定电流在几十毫秒内也会对电池组的性能产 生影响。现有的保护方式有PPTC法,该方法是通过电流产生的热切断回路,也需要毫秒级的反应时间,同时增加了回路中的阻抗。也有专用于电池组的短路集成 芯片,此芯片应用范围窄、成本高。
 
7、电芯
目前市场上常见的移动电源是采用18650和软包锂电池。
18650是一种液态的锂电池,外面一层厚厚的钢壳包着,也有铝壳的,圆柱形。另一种是糊状的锂电池,行业人士都称为软包,可以自定义各种各样的形状。
16850的优点是:工艺成熟,容量大,据说最大的一个可以做到3000mAh,如果单纯以电芯来论,那么18650是存在一定的安全性隐患,前几年的笔记本电池爆炸就是案例。(注明:概率是很低的,同时保护板选好,是可以有效的降低安全性的) 软包锂电池是根据长宽厚以一定的数学公式进行计算容量的!最大的特点就是可以任意形状,这样可以凸显个性。
目前市场非常有个性的移动电源基本上都是软包做的,和18650相比,安全性隐患更低,就是18650可能会爆,但是软包最大的问题就是涨包,燃烧。 其实那个好,从长远来看,还是软包好!当然在此我不是说排挤16850,毕竟这种产品用了十来年了,技术是相当的成熟。

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