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多节锂离子电池充电IC充放电保护解决方案

锂离子电池是一种广泛使用的可充电电池。它具有工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环寿命长、可在短时间内快速充满电、并允许放电温度宽等优点。此外,锂离子电池具有自放电电流低、无记忆效应、无环境污染等优点。其全球供应量不断增加。

 

锂离子电池保护

锂离子电池供电设备的安全性是目前最关心的问题,因此其保护非常重要。锂离子电池保护主要包括过充电保护、过放电保护、过流和短路保护。

 

1.过充保护

当充电器对锂离子电池进行过充时,为了防止内部压力因温升而上升,需要终止充电状态。为此,保护装置需要监控电池电压,当达到电池过充电电压时,激活过充电保护功能并停止充电。

 

2.过放电保护

为了防止锂离子电池的过放电状态,当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时,激活过放电保护,暂停放电,使电池保持在低静态电流的待机模式。

 

3.过流和短路保护

当锂离子电池的放电电流过大或发生短路时,保护装置将激活过流保护功能。


多节锂离子电池电路保护

单个锂离子电池的额定电压为3.6V,不能满足高压电源应用的需要。因此,需要串联使用多个锂离子电池。为此,各厂家的电源管理控制集成电路纷纷推出自己的多节锂离子电池(电池组)保护集成电路芯片,IC类型的特点需要是监控3或4节锂离子电池的充放电状态,可实现过充、过放电、过流保护。

以某些充电IC为例,它可以对每个锂离子电池的电压进行高精度检测。它具有3级过流检测功能。外部电容器可以设置过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间和放电过电流。检测延迟时间1和放电过电流检测延迟时间2也可以使用3/4节锂离子电池通过SEL端子串联切换。但是,它的最大特点是它可以在级联中使用。下一节将详细解释S-8204B的此功能。

 

保护芯片级联

上面提到的电池保护芯片可以保护多达4个锂离子电池。然而,许多应用需要5到12个锂离子电池串联工作,例如电动工具,电动自行车和UPS。答案很简单:同时使用多个锂电池保护芯片。如图1所示,两个保护芯片串联连接,两个N沟道MOSFET用作控制开关,以保护8节锂离子电池。三个保护芯片串联连接,以保护12节锂离子电池。这种串联的多重保护芯片是级联的保护芯片。以某些充电IC为例,组合使用两个B,使用两个N沟道MOSFET控制低压侧。这样,单个IC可以选择3和4个功能,实现6~8个锂离子电池串联保护。如果5节锂离子电池串联,一个充电IC可以与其他锂离子电池保护芯片串联使用,以实现保护功能。这种灵活的多重保护芯片组合可以完成对任意数量的锂离子电池的保护。

多节锂离子电池的级联
图1多节锂离子电池的级联


下面将详细介绍保护芯片级联的具体工作。以某些充电IC为例,CTLC端子可以外部控制COP端子的输出电压,CTLD端子可以在外部控制DOP端子的输出电压。CTLC端子和CTLD端子可以分别控制COP端子和DOP端子的输出电压。此外,这些控制功能优先于芯片内部的电池充放电保护功能。如果八节电池中的一块过充电,则连接到电池的S-8204B的COP端子的输出电压将发生变化,并且该电压变化将传输到与其连接的另一个充电IC的CTLC端子。,使另一个充电IC的COP引脚的输出电压也发生变化,从而控制充电控制MOSFET的关闭,并实现锂离子电池的过充电保护。如果8个电池中的一个发生过放电,则连接到电池的充电IC的DOP端子向另一个充电IC的CTLD端子发送过放电信号以改变DOP端子的状态最后,放电控制MOSFET关闭,放电结束。图2所示电路采用两个充电IC实现过充电保护(在N沟道MOSFET控制的情况下)的工作原理,图3为过放电保护的工作原理。

锂离子电池过充电时保护电路的工作原理
图2锂离子电池过充电时保护电路的工作原理


锂离子电池过放电时保护电路的工作原理
图3锂离子电池过放电时保护电路的工作原理


此外,许多设计人员需要考虑充放电过程中的温度控制。在高温下充放电锂离子电池会引起爆炸危险;在低温下充电和放电会对电池单元造成损坏。在上述解决方案中,温度控制开关连接到充电IC的CTLC端子。当锂离子电池的温度过高时,温度控制开关的控制信号通过CTLC终端发送到COP。强行结束锂离子电池的充电过程。同样,温度控制开关可以连接到CTLD端子,以保护放电过程中的温度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-06-24 16:06