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锂电池保护板的工作原理

锂电池保护板是用来保护锂电池电芯安全的器件,锂电池具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等被人们广泛使用,锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电、短路,否则将会使电池起火、爆炸等致命缺点,所以,在使用可充锂电池都会带有一块保护板来保护电芯的安全。
锂电池保护板根据使用ic,电压等不同而电路及参数有所不同,保护板有两个核心部件:一块保护ic,它是由的比较器来获得可靠的保护参数;另外是mosfet串在主充放电回路中担当高速开关,执行保护动作。下面以dw01 配mos管8205a进行讲解:
激活保护板的方法:当保护板p+、p-没有输出处于保护状态,可以短路b-、p-来激活保护板,这时,dout、cout均会处于低电平(保护ic此两端口是高电平保护,低电平常态)状态打开两个mos开关。
1.锂电池保护板其正常工作过程为:
当电芯电压在2.5v至4.3v之间时,dw01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压),第二脚电压为0v。此时dw01 的第1脚 、第3脚电压将分别加到8205a的第5、4脚,8205a内的两个电子开关因其g极接到来自dw01 的电压,故均处于导通状态,即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的p-端相当于直接连通,保护板有电压输出。
2.保护板过放电保护控制原理:
当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时dw01 内部将通过r1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3v时dw01 将认为电芯电压已处于过放电电压状态,便立即断开第1脚的输出电压,使第1脚电压变为0v,8205a内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的b-与保护板的p-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断,电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的p 与p-间接上充电电压后,dw01 经b-检测到充电电压后便立即停止过放电状态,重新在第1脚输出高电压,使8205a内的过放电控制管导通,即电芯的b-与保护板的p-又重新接上,电芯经充电器直接充电。
3.保护板过充电保护控制原理:
当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高,当电芯电压升高到4.4v时,dw01 将认为电芯电压已处于过充电电压状态,便立即断开第3脚的输出电压,使第3脚电压变为0v,8205a内的开关管因第4脚无电压而关闭。此时电芯的b-与保护板的p-之间处于断开状态。即电芯的充电回路被切断,电芯将停止充电。保护板处于过充电状态并一直保持。等到保护板的p 与p-间接上放电负载后,因此时虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二极管正方向与放电回路的方向相同,故放电回路可以进行放电,当电芯的电压被放到低于4.3v时,dw01 停止过充电保护状态重新在第3脚输出高电压,使8205a内的过充电控制管导通,即电芯的b-与保护板p-又重新接上,电芯又能进行正常的充放电.
4.保护板短路保护控制原理:
在保护板对外放电的过程中,8205a内的两个电子开关并不完全等效于两个机械开关,而是等效于两个电阻很小的电阻,并称为8205a的导通内阻, 每个开关的导通内阻约为30m\u 03a9共约为60m\u 03a9,加在g极上的电压实际上是直接控制每个开关管的导通电阻的大小当g极电压大于1v时,开关管的导通内阻很小(几十毫欧),相当于开关闭合,当g极电压小于0.7v以下时,开关管的导通内阻很大(几mω),相当于开关断开。电压ua就是8205a的导通内阻与放电电流产生的电压,负载电流增大则ua必然增大,因ua0.006l×iua又称为8205a的管压降,ua可以简接表明放电电流的大小。上升到0.2v时便认为负载电流到达了极限值,于是停止第1脚的输出电压,使第1脚电压变为0v、8205a内的放电控制管关闭,切断电芯的放电回路,将关断放电控制管。换言之dw01 允许输出的电流是3.3a,实现了过电流保护。
5. 短路保护控制过程:
短路保护是过电流保护的一种极限形式,其控制过程及原理与过电流保护一样,短路只是在相当于在p p-间加上一个阻值小的电阻(约为0ω)使保护板的负载电流瞬时达到10a以上,保护板立即进行过电流保护。
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