如何設(shè)計(jì)18650鋰離子電池防護(hù)罩?

18650電池在市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。目前，鋰離子電池是最受歡迎的電池，而其他的18650電池已經(jīng)逐漸退出市場(chǎng)。那么18650鋰離子電池屏蔽的設(shè)計(jì)呢?這款18650鋰離子電池防護(hù)罩不是固定的，基本上是定制的電池防護(hù)罩。

18650鋰離子電池保護(hù)面板

鋰離子電池的保護(hù)功能通常是通過保護(hù)電路板與PTC等電流器件的配合來完成的。該保護(hù)板由電子電路組成，能在-40℃~+85℃準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電池的電壓和充放電電路的電流，及時(shí)控制電流電路的通斷。PTC防止電池在高溫下嚴(yán)重?fù)p壞。

普通18650鋰離子電池保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)、電阻、電容和輔助器件熔斷器、PTC、NTC、ID、存儲(chǔ)器等。當(dāng)一切正常時(shí)，控制IC控制MOS開關(guān)，使電池和外部電路可以打開。當(dāng)電池電壓或電路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立即控制MOS開關(guān)，以保護(hù)電池的安全。

鋰離子電池防護(hù)板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，DO、CO為高電平。當(dāng)對(duì)Vdd、Vss和VM的任意參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，DO或CO的水平會(huì)發(fā)生變化。

1.正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下，電路中N1的CO和DO引腳均輸出高電壓，且均處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可自由充放電。由于MOSFET的傳導(dǎo)阻抗很小，通常小于30毫歐姆，所以其傳導(dǎo)電阻對(duì)電路性能的影響很小。這種狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為A級(jí)，通常小于7a。

2.充保護(hù)

鋰離子電池要的充電方式是恒流/恒壓充電。在充電的初始階段，對(duì)電池進(jìn)行恒流充電。在充電過程中，充電電壓會(huì)上升到4.2v(根據(jù)不同的陰極材料，有的電池要一個(gè)恒定的電壓值4.1v)，電池會(huì)以恒定的電壓充電，直到電流變得越來越小。當(dāng)電池充電時(shí)，假如充電器電路失控，電池電壓將超過4.2v，并繼續(xù)以恒流充電。此時(shí)，電池電壓將繼續(xù)升高。當(dāng)電池電壓高于4.3v時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)會(huì)加劇，導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。在電池保護(hù)電路,當(dāng)控制IC檢測(cè)電池電壓為4.28V(價(jià)值是由控制IC,不同的集成電路有不同值),公司的腳從高電壓零電壓,V2傳導(dǎo)到關(guān)閉,切斷充電電路,充電器可以不再對(duì)電池充電,充保護(hù)效果。此時(shí)，由于V2體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管將外部負(fù)載放電。當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓超過4.28v和offV2信號(hào)發(fā)出之間也有一個(gè)延時(shí)時(shí)間。延遲時(shí)間由C3決定，通常設(shè)置為1秒左右，以防止干擾造成誤判。

3.過放電保護(hù)

在電池向外負(fù)載放電過程中，其電壓會(huì)隨著放電過程而逐漸降低。當(dāng)電池電壓降至2.5v時(shí)，電池容量完全釋放。此時(shí)，假如電池繼續(xù)向負(fù)載放電，將對(duì)電池造成永久性損傷。電池放電過程中,當(dāng)控制IC檢測(cè)電池電壓低于2.3V,價(jià)值是由控制IC,不同的集成電路有不同的值),做的腳從高電壓零電壓V1從傳導(dǎo)到關(guān)閉,切斷放電電路,電池不再能負(fù)載放電,放電保護(hù)效果。此時(shí)，由于體二極管VD1V1的存在，充電器可以通過二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。由于電池電壓在過放電保護(hù)狀態(tài)下無法再降低，所以要求保護(hù)電路的消耗電流非常小。此時(shí)控制IC將進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路的功耗將小于0.11a。當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3v與發(fā)送offV1信號(hào)之間也存在延時(shí)。

4.短路保護(hù)

電池放電時(shí)，假如電路電流足夠大，使U>0.9v(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)，則判斷控制IC為負(fù)載短路。它的做腳將迅速從高壓變?yōu)榱汶妷?，使V1從on斷開，從而切斷放電電路，起到短路保護(hù)的用途。短路保護(hù)具有非常短的延遲時(shí)間，通常小于7微秒。其工作原理與過流保護(hù)相似，但判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不同。除了控制集成電路,電路中的另一個(gè)重要元素,是一個(gè)MOSFET,它扮演一個(gè)開關(guān)電路,因?yàn)樗苯油ㄟ^在電池和外部負(fù)載,因此其傳導(dǎo)阻力影響電池的性能,當(dāng)選用MOSFET更好,傳導(dǎo)阻力非常小,電池的內(nèi)部電阻小,負(fù)載能力強(qiáng),當(dāng)時(shí)放電消耗更少的電能。

5.過電流保護(hù)

由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池廠家規(guī)定鋰離子電池的最大放電電流不能超過2C(C=電池容量/小時(shí))。當(dāng)放電電流超過2C時(shí)，會(huì)出現(xiàn)永久性的電池?fù)p壞或安全問題。電池在正常負(fù)載放電的過程中,放電電流經(jīng)過一系列的兩個(gè)MOSFET,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,將兩端出現(xiàn)電壓,電壓U=我*RDS*2,RDS一個(gè)MOSFET刺激,阻抗控制IC腳上的V-的測(cè)試電壓值,假如負(fù)載由于某種原因?qū)е庐惓?使回路電流增大,當(dāng)大洋流給U>0.1V(價(jià)值是由控制集成電路,不同的IC有不同的值)，做腳從高壓零電壓，V1從導(dǎo)通到關(guān)斷，這樣，放電電路被切斷，電路中的電流為零?？刂艻C檢測(cè)到的過流與關(guān)閉V1信號(hào)之間也存在延時(shí)，延時(shí)的長(zhǎng)度由C3決定，一般為13毫秒左右，以防止因干擾而誤判。在上述控制過程中，可知過流檢測(cè)值的大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的傳導(dǎo)阻抗。當(dāng)MOSFET的導(dǎo)電阻抗較大時(shí)，同一控制IC的過流保護(hù)值較小。