手机电池保护线路浅谈
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如何设置安全的锂电池保护电路随着技术的发展,锂电池已成为现代电子设备中广泛使用的电源,如何保证其安全性是每个电子工程师都需要考虑的问题。
在使用锂电池时,如果不加以安全保护,其可能会发生过充、过放、短路等问题,导致电池性能下降,甚至可能会引起安全事故。
通过适当的电路设计与保护措施,可以有效避免这些问题的发生。
下面介绍如何设置安全的锂电池保护电路,保证使用锂电池的安全性。
1. 锂电池的常见问题在锂电池的使用过程中,常会面临以下几个问题:1.1. 过充和过放过充是指电池充电时电池电压超过了标准电压,过放是指电池放电时电池电压低于标准电压。
过充和过放都会影响电池的使用寿命和性能,甚至引起电池的自燃等安全问题。
1.2. 短路短路是指电路中某些部分的电阻极小或为零,从而导致电池电路中电流过大。
短路可能会导致电池热失控、电池爆炸等严重安全问题。
1.3. 温度在充电和放电过程中,电池会产生一定的热量。
如果热量不能及时散发,电池温度会上升,从而影响电池性能和安全性。
2. 如何设置安全的锂电池保护电路为了避免以上问题的发生,可以通过设计适当的保护电路来保护锂电池。
下面介绍几种常用的锂电池保护电路。
2.1. 过充保护电路过充保护电路可以防止电池过充,充电电压可以控制在一定范围内,一旦电池电压超过标准值,就会自动切断充电电流。
这样可以避免电池过充,延长电池的使用寿命。
2.2. 过放保护电路过放保护电路可以控制电池的放电深度,防止电池过度放电,一旦电池电压低于标准值,就会自动切断放电电流。
这样可以延长电池的使用寿命。
2.3. 短路保护电路短路保护电路可以防止电池短路,一旦电路出现短路现象,保护电路会自动切断电池电路的连接,避免电池热失控、电池爆炸等安全问题的发生。
2.4. 温度保护电路温度保护电路可以监测电池温度,一旦温度超过标准值,就会自动切断充电或放电电路,保护电池安全。
3. 总结在使用锂电池时,虽然锂电池具有体积小、重量轻、容量大等优点,但同时也存在安全隐患。
手机电池电路原理
手机电池电路原理是手机内部电能转化为电流的过程。
手机电池电路由电池、保护电路和电池管理系统组成。
手机电池是由正极、负极、电解液和隔膜这四个部分构成的。
正极通常是由锂钴酸锂、三元锂氧化物或锰酸锂等材料制成,而负极则通常由石墨或硅基材料制成。
电解液是一种含有锂盐的溶液,而隔膜则用于隔离正负极,防止短路。
手机电池内的保护电路起到了限制电流过大、电压过高、温度过高等异常情况时进行保护的作用。
保护电路通常由保险丝、电流保护元件和温度保护元件等组成。
当电流过大时,保护电路会切断电路,防止电池短路;当电压过高或温度过高时,保护电路会将电池断开,以避免损坏。
电池管理系统是一种集成电路芯片,主要用于控制和监测电池的状态和性能。
电池管理系统通常包括电池电量显示、充电控制、放电保护和温度监测等功能。
通过电池管理系统,手机可以实时监测电池的电量、温度和健康状况,并根据这些信息进行充电和放电控制,以延长电池寿命。
总之,手机电池电路通过将电能转化为电流,实现了手机的电源供给。
电池、保护电路和电池管理系统是手机电池电路中的重要组成部分,它们共同协作,保证了手机的正常使用和电池寿命。
手机维修电源基础知识点手机已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分,但是在使用过程中,手机电源问题常常让人头疼。
了解手机维修中涉及的电源基础知识点,可以帮助我们更好地解决电源相关的故障。
本文将介绍一些手机维修电源基础知识点,希望对大家有所帮助。
一、电源开关和电源芯片手机电源的控制通常依赖于电源开关和电源芯片。
电源开关是控制电池电源的开关元件,负责将电池电源供给给手机主板和相关组件。
而电源芯片则是协调电池和手机主板之间的能量转移和分配,保证手机正常工作。
二、电池保护电路电池保护电路是手机电源系统中的重要组成部分。
它负责监测电池的电压、电流和温度等参数,以保护电池的安全运行和延长电池寿命。
当电池电压过高或过低时,保护电路会自动切断电源输出,以避免电池因过充或过放而损坏。
三、电源管理IC电源管理IC(Integrated Circuit)也是手机电源系统中不可或缺的一部分。
它是一种具有多个功能的集成电路,主要负责电源管理、电流管理、电池管理和温度管理等任务。
通过电源管理IC,手机可以实现高效能量管理和快速充电等功能。
四、充电模块和充电芯片手机充电模块和充电芯片是手机充电功能的核心组件。
充电模块负责将外部电源转换为适合手机电池充电的电压和电流。
而充电芯片则是控制充电流程和保护电池安全的关键部件。
充电芯片通常会根据需求调整充电电压和电流,并会监测充电过程中的温度和充电状态,以避免充电过程中的故障或损伤。
五、控制电路和滤波电路手机内部的控制电路和滤波电路对电源供应和信号传输起到至关重要的作用。
控制电路负责对电源的开关和电路的连接进行控制,以确保供电的稳定和可靠。
滤波电路则通过滤除电源中的高频噪声和干扰,保证供给给手机各部件的电源电流干净和稳定。
六、常见电源故障及解决方法手机电源故障常常导致手机无法正常启动、充电或使用。
一些常见的电源故障包括电池电量过低、充电接口损坏、电源开关失效等。
解决这些故障的方法通常包括更换电池、修理电源接口或更换电源开关等。
锂电池保护电路一般用户接触到手机锂离子电池,在外面看到的除了电池外壳,还有就是几个五金触片了,如图中"电池正极,电池负极"就是的电池正负极输出.┏━━Fuse━━━━━┳━━━━━━━━━┫电池正极┃R1┃┃┇┏┻━━┓┏┻┓┃保护IC┃┏┻━┻┓┏┫┃┃┃┃┗━━┳┛┏━━┫标识电阻┃锂离子┃┃┃┃┃电芯┃┃┃R2┃┃┃┃┃┗━┳━┛┃┻Mosfet ┃┃┃┏╈┓┃┗━━━━━━━┻━━┻┛┗━━━┻━━┫电池负极而实际真正供电的源泉是电池塑料壳里面的锂离子电池芯,但是由于锂离子电芯的"娇嫩"的特性,比如过充和过放,大电流放电,短路等非常规动作都会对锂离子电芯造成极大的伤害.所以保护线路的功能就是在上述非常规动作发生时及时的切断回路.保护锂离子电芯.而这些保护动作就是图中的保护IC来判断,由它来控制一对Mosfet场效应管来导通和切断主供电回路,对锂离子电芯进行保护.市面上常用的这种保护IC的生产厂商有SEIKO精工,RICOH理光,Motorala摩托罗拉半导体等。
以精工的S8241系列芯片来具体介绍各项保护功能。
众所周知,以恒压充电限制电压来划分,锂离子电池有4.1V恒压充电和4.2V恒压充电两种类型.现在4.1V的版本已经很少,绝大多数是4.2V的恒压充电类型的.下面的数据就只针对4.2V恒压充电的锂离子电池来讨论.(1)保护IC+Mosfet可以实现的功能如下(四大保护):1 过充保护,当电池芯的电压超过设定值时,由保护IC 切断Mosfet管.等电芯电压回归到允许的电压是,重新恢复Mosfet管的导通。
过充检测电压:4.275V+/-0.025V,电芯电压一超过这个值,就触发过充保护过充释放电压:4.175V+/-0.030V,处于过充保护的电芯电压只有降到这个值时才会停止保护。
过充保护延时:1秒.当电压持续超过过充检测电压1秒以上才会触发过充保护,这个是为了防止误判和误操作而设置的.2. 过放保护,当电池芯的电压降低得超过设定值时,由保护IC切断Mosfet管.等电芯电压回归到允许的电压时,重新恢复Mosfet管的导通.过放检测电压:2.3V+/-0.08V过放释放电压:2.4V过放保护延时:125毫秒参数的含义与过充保护的类似,不赘述.3. 过流保护,当工作电流超出设定值时,由保护IC切断Mosfet管.等工作电流回归到允许的电压是,重新恢复Mosfet管的导通.过流电流压降:0.1V,这里保护IC判断的是电流流过Mosfet而产生的压降,用这个电压除于Mosfet的导通阻抗就可以近似得到过流保护的电流.一般在3~5A左右.过流延时:8毫秒,注意这个延时比前面的几个过充过放的延时要短许多.4. 短路.其实这个功能是过流保护的扩展,当保护IC检测电池输出正负极之间电压小于规定值时,认为此时电池处于短路状态,立即切断回路.等短路的故障排除再恢复回路.短路时电池的输出正负极的电压为零,而实际电芯的电压还是正常的。
该电路组装在一个小电路板上,放置于电池内部,图中的 FA1 为自恢复保险丝,其型号为美国 Littelfuse 公司的 16VT210S,它装配在电池的侧面,串联在电芯的正极与输出正极之间,起温度保护与过流保护的作用。
图中的RT 为热敏电阻,为贴片封装,装配在电池前端的电路板上,其阻值为10k,B值为 4000K。
在电路中起温度检测的作用,手机通过它来判断电池温度。
图中的 R3 为 ID电阻,手机用其判断电池类型,在 3310 手机电池中,ID 电阻为 75k 的是锂离子电池,ID电阻为 5k6 的是镍氢电池,锂离子电池与镍氢电池所用的热敏电阻一样。
需要说明的另外一点是,在锂离子电池中的 PTC 是起第二重保护作用,假设在电池被短路情况下,由于保护电路的反应速度(微秒极,典型值为 5 微秒)远快于 PTC 的反应速度,因此最先起保护作用的是保护电路,在保护电路失效后,PTC 才起作用。
但由于在镍氢电池中无需保护电路,因此只靠 PTC 起保护作用。
图中虚框内为锂离子电池保护电路,该保护回路由两个 MOSFET(V1、V2)和一个控制IC(N1)外加一些阻容元件构成。
控制 IC 的 VDD 与 V-分别负责监测电池电压与回路电流,并控制两个 MOSFET 的栅极,MOSFET 在电路中起开关作用,分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断,C3 为延时电容,该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能,其具体工作原理因与本文无关,不再赘述。
电池保护电路原理电池保护电路是一种用来保护充电池或放电池的电路,以确保其在使用或充放电过程中不会受到过充、过放、过流和短路等问题的损伤。
这主要是通过监测电池的电压、电流和温度等参数,并采取相应的控制措施来实现的。
电池保护电路通常由保护板和保护芯片两部分组成。
保护板负责连接电池正负极,同时提供电池电压的监测和控制接口。
保护芯片则负责实际的保护逻辑和控制实施。
在保护电路中,起到核心作用的是保护芯片。
它是一个集成电路,根据电池的工作状态提供相应的控制信号。
一般情况下,保护芯片包括过充保护、过放保护、过流保护和短路保护等功能。
首先,过充保护功能在电池电压超过设定值时会断开电池与外部负载的连接,以防止电池过度充电。
这样可以避免电池电压超过其耐压范围,从而导致电池失效。
过充保护还可以通过触发报警或切断电源等方式来提醒用户注意电池状态。
其次,过放保护功能会在电池电压低于设定值时切断电池与外部负载的连接,以防止电池过度放电。
过度放电不仅会降低电池的容量和寿命,还可能导致电池虚脱,无法正常工作。
因此,过放保护可以有效保护电池不被过度放电。
再次,过流保护功能会在电池的放电电流超过设定值时切断电池与外部负载的连接,以防止电池受到过大的负载而发生过热或其他损坏。
过流保护可以根据电池的负载能力和安全范围设定,确保电池在可承受的范围内正常工作。
最后,短路保护功能会在电池正负极短路时切断电池与外部负载的连接,以防止电池发生短路而发生过热或其他损坏。
短路保护可以通过检测电池的电流来实现,一旦电流超过一定阈值,保护电路会立即切断电池与负载的连接。
总的来说,电池保护电路是通过监测电池的电压、电流和温度等参数,并根据预设的保护逻辑提供相应的控制信号,以保护电池在充电和放电过程中不受到过充、过放、过流和短路等问题的损伤。
这样可以延长电池的使用寿命,提高电池的安全性。
在实际应用中,电池保护电路广泛用于电动车、手机等电池供电设备中。
通过合理设计和选择电池保护电路,可以避免电池损坏和事故发生,提高电池的可靠性和安全性。
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,要求过充电保护高精度、保护IC功耗低、高耐压以及零伏可充电等特性.本文详细介绍了这三种保护电路的原理、新功能和特性要求.近年来,PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源.锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点,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.针对锂电池的过充、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.由于锂离子电池能量密度高,因此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,因内压上升而发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,从而降低可充电次数.保护电路图该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01,充、放电控制MOSFET1(内含两只N沟道MOSFET)等部分组成,单体锂电池接在B+和B-之间,电池组从P+和P-输出电压。
充电时,充电器输出电压接在P+和P-之间,电流从P+到单体电池的B+和B-,再经过充电控制MOSFET到P-。
在充电过程中,当单体电池的电压超过4.35V时,专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断,锂电池立即停止充电,从而防止锂电池因过充电而损坏。
放电过程中,当单体电池的电压降到2.30V时,DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断,锂电池立即停止放电,从而防止锂电池因过放电而损坏,DW01的CS脚为电流检测脚,输出短路时,充放电控制MOSFET的导通压降剧增,CS脚电压迅速升高,DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断,从而实现过电流或短路保护。
锂离子电池的保护电路就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全性,并防止特性劣化.锂离子电池的保护电路是由保护IC及两颗功率MOSFET所构成,其中保护IC监视电池电压,当有过度充电及放电状态时切换到以外挂的功率MOSFET来保护电池,保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护和过电流/短路保护.过度充电保护过度充电保护IC的原理为:当外部充电器对锂电池充电时,为防止因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状态.此时,保护IC需检测电池电压,当到达4.25V时(假设电池过充点为4.25V)即激活过度充电保护,将功率MOS由开转为关断,进而截止充电.另外, 还必须注意因噪声所产生的过度充电检出误动作,以免判定为过充保护.因此,需要设定延迟时间,并且延迟时间不能短于噪声的持续时间.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.采用锂电池保护IC可以避免过度放电现象发生,实现电池保护功能.过度放电保护IC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2.3V)时将激活过度放电保护,使功率MOSFET由开转变为关断而截止放电,以避免电池过度放电现象发生,并将电池保持在低静态电流的待机模式,此时的电流仅0.1uA.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发生误动作.过电流及短路电流因为不明原因(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IC原理为,当放电电流过大或短路情况发生时,保护IC将激活过(短路)电流保护,此时过电流的检测是将功率MOSFET的Rds(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电压还高则停止放电,计算公式为: V-=I×Rds(on)×2(V-为过电流检测电压,I为放电电流).假设V-=0.2V,Rds(on)=25mΩ,则保护电流的大小为I=4A.同样地,过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时发生误动作.通常在过电流发生后,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.锂电池保护IC的新功能除了上述的锂电池保护IC功能之外,下面这些新的功能同样值得关注:1. 充电时的过电流保护当连接充电器进行充电时突然发生过电流(如充电器损坏),电路立即进行过电流检测,此时Cout将由高转为低,功率MOSFET由开转为关断,实现保护功能.V-(Vdet4过电流检测电压,Vdet4为-0.1V)=I(充电电流)×Rds(on)×22. 过度充电时的锁定模式通常保护IC在过度充电保护时将经过一段延迟时间,然后就会将功率MOSFET关断以达到保护的目的,当锂电池电压一直下降到解除点(过度充电滞后电压)时就会恢复,此时又会继续充电-保护-放电-充电-放电.这种状态的安全性问题将无法获得有效解决,锂电池将一直重复着充电-放电-充电-放电的动作,功率MOSFET的栅极将反复地处于高低电压交替状态,这样可能会使MOSFET变热,还会降低电池寿命,因此锁定模式很重要.假如锂电保护电路在检测到过度充电保护时有锁定模式,MOSFET将不会变热,且安全性相对提高很多.在过度充电保护之后,只要充电器连接在电池包上,此时将进入过充锁定模式.此时,即使锂电池电压下降也不会发生再充电的情形,将充电器移除并连接负载即可恢复充放电的状态.3. 减小保护电路组件尺寸将过度充电和短路保护用的延迟电容集成到到保护IC里面,以减小保护电路组件尺寸.对保护IC性能的要求1. 过度充电保护的高精度化当锂离子电池有过度充电状态时,为防止因温度上升所导致的内压上升,须截止充电状态.保护IC将检测电池电压,当检测到过度充电时,则过度充电检测的功率MOSFET使之关断而截止充电.此时应注意的是过度充电的检测电压的高精度化,在电池充电时,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,必须有高精度的检测器,目前检测器的精度为25mV,该精度将有待于进一步提高.2. 降低保护IC的耗电随着使用时间的增加,已充过电的锂离子电池电压会逐渐降低,最后低到规格标准值以下,此时就需要再度充电.若未充电而继续使用,可能造成由于过度放电而使电池不能继续使用.为防止过度放电,保护IC 必须检测电池电压,一旦达到过度放电检测电压以下,就得使放电一方的功率MOSFET 关断而截止放电.但此时电池本身仍有自然放电及保护IC的消耗电流存在,因此需要使保护IC消耗的电流降到最低程度.3. 过电流/短路保护需有低检测电压及高精度的要求因不明原因导致短路时必须立即停止放电.过电流的检测是以功率MOSFET的Rds(on)为感应阻抗,以监视其电压的下降,此时的电压若比过电流检测电压还高时即停止放电.为了使功率MOSFET的Rds(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20mΩ~30mΩ,这样过电流检测电压就可较低.4. 耐高电压电池包与充电器连接时瞬间会有高压产生,因此保护IC应满足耐高压的要求.5. 低电池功耗在保护状态时,其静态耗电流必须要小0.1uA.6. 零伏可充电有些电池在存放的过程中可能因为放太久或不正常的原因导致电压低到0V,故保护IC需要在0V时也可以实现充电.保护IC发展展望如前所述,未来保护IC将进一步提高检测电压的精度、降低保护IC 的耗电流和提高误动作防止功能等,同时充电器连接端子的高耐压也是研发的重点.在封装方面,目前已由SOT23-6逐渐转向SON6封装,将来还有CSP 封装,甚至出现COB产品用以满足现在所强调的轻薄短小要求.在功能方面,保护IC不需要集成所有的功能,可根据不同的锂电池材料开发出单一保护IC,如只有过充保护或过放保护功能,这样可以大大减少成本及尺寸.当然,功能组件单晶体化是不变的目标,如目前手机制造商都朝向将保护IC、充电电路以及电源管理IC等外围电路与逻辑IC构成双芯片的芯片组,但目前要使功率MOSFET的开路阻抗降低,难以与其它IC 集成,即使以特殊技术制成单芯片,恐怕成本将会过高.因此,保护IC的单晶体化将需一段时间来解决.看了不少资料和文章,自己也在研究,但是在锂电池保护电路方面,很难找到不错的探讨专题。
锂电池保护电路原理
锂电池保护电路的原理是通过控制电池的充放电过程,保证电池在安全范围内工作,预防过充、过放、过流等问题的发生,从而延长电池的使用寿命并确保使用过程中的安全性。
1. 过充保护:当锂电池充电到达允许的最高电压时,保护电路会切断电池与充电源的连接,防止继续充电,从而避免过充引起的安全隐患。
2. 过放保护:当锂电池电压降到允许的最低电压时,保护电路会切断电池与负载的连接,防止继续放电,以防止电池过放而损坏。
3. 过流保护:在使用过程中,如果负载产生过高的电流,保护电路会及时切断电池与负载的连接,防止过大电流对电池产生损害或引起过热、安全事故。
4. 温度保护:保护电路还会通过温度传感器实时检测电池的温度,当电池温度过高时,保护电路会切断电池与充电源或负载的连接,以防止温度过高引起的安全隐患。
5. 均衡充放电:在锂电池组中,不同单体电池之间的容量和电压可能存在差异,为了避免电池的过充或过放,保护电路还会实施均衡充放电策略,即通过调节电流,使各个单体电池的电荷状态维持在接近的水平。
综上所述,锂电池保护电路通过监测和控制电池的充放电过程,
有效地保护电池的工作安全,延长电池的使用寿命并提高使用时的安全性。
简单介绍锂离子电池的保护电路F0803602 5080369048 项家齐指导老师:张峰摘要:锂离子电池已经成为我们现在生活中最常用的充电电池,在各种各样的电子设备中被越来越多地使用,而我们使用锂离子电池的时候经常听说有一块保护电路是封装在电池内的,本文将对这块保护电路的粗略的功能作一个阐述。
关键词:锂离子电池;保护电路;过充保护;过放保护;过流保护;短路保护。
Abstract: Lithium-ion batteries have become the most frequently used rechargeablebatteries in our daily life nowadays. They are more and more frequently used in differentkind of electronic devices. A Lithium-ion battery is always encapsulated with a protection circuit, and this article will introduce some functions of this protection circuit.Keywords: Lithium-ion batteries; protection circuit; over-charge protection;over-discharge protection; over-current protection; short-circuit protection.一、 前言随着信息化进程的不断进行,像手机、笔记本电脑、MP3、掌上游戏机、数码摄像机、录像机等便携式电子设备已经越来越普及,而这些电子产品越来越多地采用锂离子电池供电,这都是由于锂离子电池有非常好的特性和优点。
锂电池主要分为一次电池和二次电池两类,所谓一次电池就是指不能再次进行充电的锂电池,主要使用在某些耗电量低,无需多次充电或是多次充电非常浪费的设备中,而在多数其他的电子设备中都是用二次锂电池,即可再次充电的锂离子电池。
手机锂离子电池保护电路原理分析由于锂离子电池的特性与其它可充电电池不同,内部通常都带有一块电路板,不少人对该电路的作用不了解(有些人可能还不知道锂电里有保护电路),下面将对锂离子电池的特点及其保护电路工作原理进行阐述。
锂电池分为一次电池和二次电池两类,目前在手机里的备用电池因耗电小主要使用不可充电的一次锂电池,而在手机主电池因耗电量较大则使用可充电的二次电池,即锂离子电池。
与镍镉和镍氢电池相比,锂离子电池具备以下几个优点:1、电压高,单节锂离子电池的电压可达到3.6V,远高于镍镉和镍氢电池的1.2V电压。
2、容量密度大,其容量密度是镍氢电池或镍镉电池的1.5-2.5倍。
3、荷电保持能力强(即自放电小),在放置很长时间后其容量损失也很小。
4、寿命长,正常使用其循环寿命可达到500次以上。
5、没有记忆效应,在充电前不必将剩余电量放空,使用方便。
由于锂离子电池的化学特性,在正常使用过程中,其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应,但在某些条件下,如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后,会严重影响电池的性能与使用寿命,并可能产生大量气体,使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题,因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路,用于对电池的充、放电状态进行有效监测,并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。
下图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。
如上图所示,该保护回路由两个MOSFET(V1、V2)和一个控制IC(N1)外加一些阻容元件构成。
控制IC负责监测电池电压与回路电流,并控制两个MOSFET的栅极,MOSFET 在电路中起开关作用,分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断,C3为延时电容,该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能,其工作原理分析如下:1、正常状态在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压,两个MOSFET都处于导通状态,电池可以自由地进行充电和放电,由于MOSFET的导通阻抗很小,通常小于30毫欧,因此其导通电阻对电路的性能影响很小。
手机电池保护线路浅谈
经常在论坛上看到这样一种观点:"长时间充电对锂离子电池不会有损害,这是因为有保护电路的存在."
我想这里有两个问题要澄清:
1.长时间对锂离子电池充电,如果是用的原装正品的充电器或座充,确实是不会有损害的.这个不是因为保护线路的功劳,而是*充电线路的严格精确的设计来保证的.
2.有保护线路的存在,并不能完全的防止锂离子电池的过充的发生,保护线路只有在电池过充的时候才会起防止进一步过充的作用.
这是几个数据
RICOH推出的适合 4.2V锂离子电池的保护芯片,其过充保护电压是4.35V+/-0.05V,日本精工SIEKO推出的8241系列中适合4.2V锂离子电池的保护芯片,其过充保护电压是4.275V+/-0.025V
而锂离子电池充饱的时候,其电池电压应该落在4.20V+/-0.04V之间,并没有触发保护线路动作.之所以厂家说明长时间充电不会过充是因为手机的充电管理确保在电池电压已经到达4.20V以后不会继续充电.而是保持监视状态.
等到了过充保护的电压,比如 4.275V,这个锂离子电池已经是过充了,此时保护线路才被切断.防止进一步过充的危险.
讲完了这个认识误区,下面带大家认识一下手机锂离子电池的内部机构.主要谈一下锂离子的保护线路的功能及其工作原理.有兴趣的网友可以往下看:
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锂离子保护线路全解剖
一般用户接触到手机锂离子电池,在外面看到的除了电池外壳,还有就是几个五金触片了,如图中"电池正极,电池负极"就是的电池正负极输出.
而实际真正供电的源泉是电池塑料壳里面的锂离子电池芯,但是由于锂离子电芯的"娇嫩"的特性,比如过充和过放,大电流放电,短路等非常规动作都会对锂离子电芯造成极大的伤害.所以保护线路的功能就是在上述非常规动作发生时及时的切断回路.保护锂离子电芯.而这些保护动作就是图中的保护IC来判断,由它来控制一对Mosfet场效应管来导通和切断主供电回路,对锂离子电芯进行保护.
市面上常用的这种保护IC的生产厂商有SEIKO精工,RICOH理光,Motorala 摩托罗拉半导体等.
以精工的S8241系列芯片来具体介绍各项保护功能.
众所周知,以恒压充电限制电压来划分,锂离子电池有4.1V恒压充电和4.2V 恒压充电两种类型.现在4.1V的版本已经很少,绝大多数是4.2V的恒压充电类型的.下面的数据就只针对4.2V恒压充电的锂离子电池来讨论.
保护IC+Mosfet可以实现的功能如下(四大保护):
1.过充保护,当电池芯的电压超过设定值时,由保护IC切断Mosfet管.等电芯电压回归到允许的电压是,重新恢复Mosfet管的导通.
过充检测电压:4.275V+/-0.025V,电芯电压一超过这个值,就触发过充保护
过充释放电压:4.175V+/-0.030V,处于过充保护的电芯电压只有降到这个值时才会停止保护.
过充保护延时:1秒.当电压持续超过过充检测电压1秒以上才会触发过充保护,这个是为了防止误判和误操作而设置的.
2.过放保护,当电池芯的电压降低得超过设定值时,由保护IC切断Mosfet管.等电芯电压回归到允许的电压时,重新恢复Mosfet管的导通.
过放检测电压:2.3V+/-0.08V
过放释放电压:2.4V
过放保护延时:125毫秒
参数的含义与过充保护的类似,不赘述.
3.过流保护,当工作电流超出设定值时,由保护IC切断Mosfet管.等工作电流回归到允许的电压是,重新恢复Mosfet管的导通.
过流电流压降:0.1V,这里保护IC判断的是电流流过Mosfet而产生的压降,用这个电压除于Mosfet的导通阻抗就可以近似得到过流保护的电流.一般在3~5A 左右.
过流延时:8毫秒,注意这个延时比前面的几个过充过放的延时要短许多.
4.短路.其实这个功能是过流保护的扩展,当保护IC检测电池输出正负极之间电压小于规定值时,认为此时电池处于短路状态,立即切断回路.等短路的故障排除再恢复回路.短路时电池的输出正负极的电压为零,而实际电芯的电压还是正常的.
短路检测延时:10微秒,这个延时更是短暂,几乎是短路的瞬间就切断了回路,可以避免短路对电池带来的巨大损伤.
还有一个参数,称为保护IC的自耗,如上图,可以看到,保护IC是通过电阻R1利用了电芯的电压来进行工作的.不可避免的要消耗一部分电池的容量.一般保护IC的功耗是做的非常小的.在3微安左右,最大不超过6微安.
在保护回路里面还有一个器件,如上图标示的Fuse,就是保险丝.它是串联在电池的回路中.它的作用是在保护线路失效的情况下,作为最后的防线,对于过流或高温的锂离子电池进行切断回路的动作.该Fuse根据工作原理分为一次性保险丝(就象家里电表下用的那种)和可恢复保险丝(又称为PTC).
有了如此完备的保护线路,一般用户想用坏锂离子电池都有点困难.但是这并不是意味着用户可以随意的滥用锂离子电池.同样有许多的地方是需要注意的.
下图是根据锂离子电池电压根据实际使用划分的几个区域.
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高压危险区
---------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V)
高压警戒区
---------------锂离子电池充电限制电压4.20V
正常使用区
---------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V)
低压警戒区
---------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V)
低压危险区
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1.在正常使用区内.锂离子电池可以正常发挥其特性,也没有危险.
2.高压警戒区.虽然这个区域处于保护线路的保护范围之内,并不意味着此时锂离子电池也是安全的.长期处于这种程度的过充,会很快的降低电池的循环寿命.
据我测试,将新锂离子电池充电到4.3V使用可以比充电到4.2V的锂离子电池提高15%左右的容量,但是在50次循环以后,其容量衰减到原来的80%,寿命整整缩短了10倍.记得网友battery老兄喜欢把锂离子电池过充了用,这样可以暂时提高前几次循环的容量,容量不够了就换一节新的.我们广大网友恐怕没有这个资本,还是老老实实的使用吧.这种低度过充的锂离子电池往往在几十次循环以后就会产生发鼓等变形.
3.低压警戒区.处于该区域的锂离子电池不适合快速充电,要先用小电流将电池电压提升到3.0V以上才可以快速充电.否则容易导致锂离子极性材料发生不良反应,影响电池性能.而这个电压的锂离子电池也非常容易因为电池本身的自耗和锂离子保护线路的自耗很快的掉近低压危险区.那就危险了.而且这个自耗是保护线路无法保护的.
4.低压危险区,长期处于低压危险区的锂离子电池,性能将近一步恶化.
在低电压(小于2V)或更低的电压情况下,正极材料的钴锂酸(又称尖晶石)晶格发生变化,其晶体机构会以枝晶形式生产.这种枝晶发展长大的话会戳穿正负极的隔膜,导致电池微短路.进一步恶化电池的性能.甚至导致电池发生膨胀,彻底报废.
5.高压危险区.此时保护线路已经失效,或者根本没有保护线路.在这个区域的锂离子电池(特别是 4.8V以上),锂离子内部会发生剧烈的反应,产生强大的热量,导致电池内压正极,使电芯变形,不同于低度过充,这种变化是一次性的,即一次高度过充就可以造成电池发鼓.甚至爆炸.
以下是几点锂离子电池的与保护线路相关的注意事项
1.不要试图直接短路锂离子电池来强行放电.这样做只有两种结果,一是保护线路起作用,那么什么事也不会发生.二是保护线路失效,那样就会造成过流或直接电芯的短路,就会触发fuse动作,如果里面也没有fuse的保护(很多杂牌锂离子电池就是没有fuse或PTC),那么这种短路的瞬间电流将达到十几甚至几十安培,足以烧毁线路板,使导线发红.要是碰上皮肤那就更惨了.
2.不要使用不合格(没有认证)的充电器或座充,锂离子电池的充电过充需要严格的电压控制,这点做的不好的充电器会对锂离子电池造成低度过充,虽然最后有保护线路的保护,但是已经过充了.
3.不要在电池两端加高压,保护芯片也有极限的承受电压,一般在12V左右,在往上往往会击穿保护芯片.
4.不要逆接电池正负极进行充电,同样会损伤保护IC
5.注意锂离子电池的使用环境,潮湿,高温,静电会导致保护IC或Mosfet失效的.手机落入水中,在记得吹干手机主板的同时,也要对锂离子电池进行晾干处理,但不要用电吹风吹干.高温(60度以上)对锂离子电池是有害的.
很有趣的是第一点.有兴趣的网友可以根据锂离子电池保护线路的短路保护功能来测试一下你的保护线路是否有效.最后找一个指针式的直流电流表(5A量程左右),对电池的正负极直接短路,你可以看到电流表指针会动一下并迅速归零.这就说明在几个微妙之内保护线路已经动作了.这是检测你的锂离子电池有没有保护线路的一个简单有效的办法.采用数字式的电流表也行,都要把量程设成最大的安培档(2A以上的).
以上谈论的是单节锂离子电池的保护线路,不包括串联两节以上的保护IC,道理大同小异.
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在第一个图中,我画了一个标识电阻R2,如果这个电阻是个常规的定值电阻,那么就是手机用来区别电池类型用的.三星的手机在隐藏菜单中可以看到这个电阻值.他们的手机用不同的电阻来区分不同容量的电池(厚薄电)
如果这个电池是个热敏电阻(NTC),那么它就可以告诉手机或充电器电池的温度,因此手机或充电器就有了对电池温度的检测能力.当电池温度超出范围(比如0度~40度以外),手机或座充就不对锂离子电池进行充电动作.这也是对锂离子电池的保护.
有些电池会有两个以上的标识电阻(一个常规电阻,一个热敏电阻)或专用的识别芯片来执行这个功能.原理都是一样的.目的就是确保更好的的使用锂离子电池.。