锂离子电池保护电路设计

1、第18卷第4期2005年8月常州工学院学报J our nal of Cha ngzhou I nstitute of Tec h nology V ol 118N o 14A ug 12005 收稿日期:2005205218锂离子电池保护电路设计朱爱敏1朱华2(11苏州科技学院基础实验教学中心,江苏苏州215011;21苏州飞宏电子有限公司,江苏苏州215009摘要:介绍锂离子电池保护电路:过度充电保护、过电流/短路保护和过放电保护等原理及主要设计思路,并通过计算确定其相关参数。关键词:集成保护电路;充电保护;放电保护;过电流及短路电流保护中图分类号:TM 911/TM 923102文献标识码

2、:A 文章编号:1671-0436(200504-0039-03近年来,锂电池由于具有体积小、质量轻、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、电池电压高和自放电率低等优点,因而在PD A 、数码相机、手机、便携式音讯设备和蓝牙设备等越来越多的产品上采用锂电池作为主要电源。但锂电池与镍镉、镍氢电池不太一样,锂电池必须考虑充电、放电时的安全性,以防止特性劣化。但锂离子电池能量密度高,难以确保电池的安全性,在过度充电状态下,电池温度上升后能量将过剩,于是电解液分解而产生气体,容易使内压上升而产生自燃或破裂的危险;反之,在过度放电状态下,电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化,降低可充电次数。因此锂电池的过

3、充、过度放电、过电流及短路保护很重要,所以通常都会在电池包内设计保护线路,用以保护锂电池。1电路设计111电路概述锂离子电池保护电路包括过度充电保护、过电流/短路保护和过放电保护等,该电路就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全,并防止特性劣化。它主要由集成保护电路IC 、贴片电阻、贴片电容、场效应管(MOSFET 、有的还有热敏电阻(N TC 、识别电阻(ID 、保险丝(FUS E 等构成。其电路图如图1所示:图1锂离子电池保护电路图 常州工学院学报其中集成保护电路I C 用来检测保护电路当前的电压、电流、时间等参数以此来控制场效应管的开关状态;场效应管(MOS F E T 则根据保护I

4、C 来控制回路中是否有需开或关;贴片电阻用作限流;贴片电容作用为滤波、调节延迟时间;热敏电阻用来检测电池块内的环境温度;保险丝防止流过电池的电流过大,切断电流回路。112电路原理及参数确定11211过度充电保护当充电器对锂电池过度充电时,锂电池会因温度上升而导致内压上升,需终止当前充电的状态。此时,集成保护电路I C 需检测电池电压,当到达4125V 时(假设电池过充电压临界点为4125V 即激活过度充电保护,将功率MOS 由开转为切断,进而截止充电。另外,为防止由于噪音所产生的过度充电而误判为过充保护,因此需要设定延迟时间,并且延迟时间不能短于噪音的持续时间以免误判。过充电保护延时时间t v

5、det 1计算公式为:t vdet 1=C 3×(V dd -0.7(0.48×10-6(1式中:V dd 为保护N 1的过充电检测电压值。简便计算延时时间:t =C 30.01×77(ms (2如若C 3容值为0122F ,则延时值为:0.220.01×77=1694(ms 11212过度放电保护在过度放电的情况下,电解液因分解而导致电池特性劣化,并造成充电次数的降低。过度放电保护I C 原理:为了防止锂电池的过度放电状态,假设锂电池接上负载,当锂电池电压低于其过度放电电压检测点(假定为213V 时将激活过度放电保护,使功率MOS F E T 由开转变

6、为切断而截止放电,以避免电池过度放电现象产生,并将电池保持在低静态电流的待机模式,此时的电流仅011A 。当锂电池接上充电器,且此时锂电池电压高于过度放电电压时,过度放电保护功能方可解除。另外,考虑到脉冲放电的情况,过放电检测电路设有延迟时间以避免产生误动作。11213过电流及短路电流保护因为不明原因(放电时或正负极遭金属物误触造成过电流或短路,为确保安全,必须使其立即停止放电。过电流保护I C 原理为,当放电电流过大或短路情况产生时,保护I C 将激活过(短路电流保护,此时过电流的检测是将功率MOS F E T 的R ds (on 当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形,如果比所定的过电流检测

7、电压还高则停止放电,运算公式为:V _=I ×R ds (on ×2(V _为过电流检测电压,I 为放电电流(3假设V _=0.2V ,R ds (on =25m ,则保护电流的大小为I =4A 。同样,过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时产生误动作。通常在过电流产生后,若能去除过电流因素(例如马上与负载脱离,将会恢复其正常状态,可以再进行正常的充放电动作。2结束语在进行保护电路设计时使电池充电到饱满的状态是使用者很关心的问题,同时兼顾到安全性问题,因此需要在达到容许电压时截止充电状态。要同时符合这两个条件,必须有高精密度的检测器,目前检测器的精密度为25m V

8、 。另外还必须考虑到集成保护电路I C 功耗、耐高电压问题。此外为了使功率MOS F E T 的R ds (on 在充电电流与放电电流时有效应用,需使该阻抗值尽量低,目前该阻抗约为2030m ,这样过电流检测电压就可较低。042005年第4期参考文献1雷永泉1新能源材料M 1天津:天津大学出版社,2000133-4312郭炳焜,徐徽,王先友,肖立新1锂离子电池M 1武汉:中南大学出版社,200211213王国华,王鸿麟,羊彦等1便携电子设备电源管理技术M 1西安:西安电子科技大学出版社,20041221-2311The Design of the Protection of Lithium I

9、on B attery CircuitZ H U A i 2mi n 1Z H U H ua 2(1.Center of Basic Exp eri mentation ,US TS ,Suzhou 215011;2.Suzhou Phi hong Elect ronics Co.,L t d ,Suzhou 215009Abstract :This p ap er i nt roduces t he p rotection of t he circuit of lit hium ion battery ,t he mai n de 2sign t hi n ki ng a nd p ri n

10、cip le of t he p rotection of ove r elect ric cur re nt/s hort circuit a nd ove r dis 2cha rge ,a nd wor ks out t he p a ra meter by calculation.K ey w ords :p rotection of i ntegrated circuit ;p rotection of cha rge ;p rotection of discha rge ;p ro 2tection of over elect ric cur re nt/s hort circui

11、t curre nt责任编辑:庄亚华(上接第34页参考文献1何振亚1自适应信号处理M 1北京:科学出版社,200212曾晓宏1自适应滤波算法及其数字载波解调应用的仿真研究D 1南京:东南大学,200413罗卫兵,孙桦,张捷1Syste m View 动态系统分析及通信系统仿真设计M 1西安:西安电子科技大学出版社,20011DPSK Signal Demodulation B ased on N DLMS Adaptive AlgorithmW A N G J i 2li n 1Z EN G X i ao 2hong 2(1.College of Elect ronics a nd Inf o

12、r mation ,Ya ncheng Institute of Technology ,Ya ncheng 224003(2.Elect ronic Depart ment ,Chongqing College of Elect ronic Technology ,Chongqi ng 401147Abstract :This p ap e r p rese nts a met hod of D PS K signal de modulation by N DL MS a dap tive algo 2rit h m ,a nd a nalyzes its p e rf or ma nce by Syste m View.B y usi ng t he e rror signals t o re duce t he de 2modulated signals ,t he p e rf or ma nce of a djudge me nt will be bette r w he n t he SN R is low.It is i ndica 2ted by si mulation exp eri me nts t hat t his met hod of de mod