セルバランス回路の動作原理

リチウム電池保護ボードは、電池保護IC、電圧および他の異なるパラメータによって異なる。保護ボードには、信頼性の高い保護パラメータを得るためにより正確である保護ICの2つのコアコンポーネントがあります。もう一つは、メインのMOSFETストリングです これは、保護アクションを実行するために、充放電回路の高速スイッチとして機能します。デュアルNMOSチューブ8205Aを使用してDW01で説明しましょう。

リチウム電池バランス回路保護装置の回路原理を上図に示す。一般的に言えば、主に電池保護制御ICDW01と外部放電スイッチM1と充電スイッチM2によって実現される。制御ICは、バッテリ電圧とループ電流を監視し、2つのMOSFETのゲートを制御します。MOSFET は、回路内のスイッチとして機能します。P+/P-端子が充電器に接続され、バッテリが正常に充電されると、M1とM2の両方が伝導状態になります。状態:制御ICが異常充電を検出すると、M2をオフにして充電を終了します。P+/P-端子が負荷に接続され、バッテリが正常に放電されると、M1 と M2 の両方がオンになります。制御ICが異常放電を検出すると、M1がオフになり、放電が終了します。

回路は過充電保護、過放電保護、過電流保護および短絡保護の機能を備えています。

電池バランス回路の動作原理は、次のように分析されます。

1) 正常状態

通常の状態では、DW01の「CO」および「DO」ピンは、回路内の高電圧を出力します。両方のMOSFETはオン状態にあり、バッテリーは自由に充電および放電することができます。MOSFETのオン抵抗は小さく、通常は30ミリオーム未満であるため、そのオン抵抗は回路の性能にほとんど影響を与しません。

この状態では、保護回路の消費電流はuAである。

2)過充電保護

リチウムイオン電池に必要な充電方法は、定電流/定電圧です。充電の初期段階では、定電流充電である。充電プロセスでは、電圧が4.2V(正極材料によっては、一部の電池は4.1Vの定電圧値を必要とする)に上昇し、電流が小さくなるまで定電圧充電に切り替えます。バッテリが充電されている場合、充電器回路が制御を失った場合、バッテリ電圧が4.2Vを超えた後も、バッテリ電圧は一定の電流で充電され続けます。このとき、バッテリ電圧は上昇し続けます。バッテリー電圧が4.3V以上に充電されると、バッテリの化学サイド反応が強くなり、バッテリの損傷や安全性の問題が発生します。

保護回路付きバッテリでは、制御IC(DWO1)がバッテリ電圧が4.3V(この値はコントロールICによって決定され、異なるICの値が異なる)に達したことを検出すると、その「CO」ピンは高電圧からゼロ電圧に変わり、M2がオンからオフになり、充電回路が切断され、充電器がバッテリを充電できなくなり、過充電保護の役割を果たします。このとき、M2のボディダイオードVD2の存在により、電池はダイオードを通して外部負荷を排出することができる。制御ICが、バッテリ電圧が4.05Vを超えてM2をオフにする信号を送信すると、過充電が解除され、M2がオンになって充電が開始されます。

3. 過放電保護

バッテリが外部負荷を放電すると、放電処理とともにその電圧が徐々に低下します。電池電圧が2.5Vに下がると、その容量は完全に放電されています。このとき、バッテリが負荷を放電し続けると、電池の損傷を引き起こす。永久的な損傷

バッテリ放電プロセスにおいて、制御ICがバッテリ電圧が2.5V未満であることを検出すると(この値は制御ICによって決定され、異なるICは異なる値を有する)、その「DO」ピンは高電圧からゼロ電圧に変化し、M1は電源を切り、放電回路を遮断し、バッテリがもはや負荷を放電できないようにします過放電保護の役割を果たす。このとき、M1のボディダイオードVD1の存在により、充電器はこのダイオードを通して電池を充電することができる。

過放電保護状態では電池電圧を下げることができないため、保護回路の消費電流は極めて小さくなっている必要がある。このとき、制御ICは低消費電力状態になり、保護回路全体の消費電力は0.1uA未満となります。

4. 過電流保護

バッテリが通常の負荷を放電すると、放電電流が直列に接続された2つのMOSFETを通過すると、MOSFETのオン抵抗により、MOSFETの両端に電圧が発生します。電圧値U=I*RDS*2、RDSは単一のMOSFET伝導抵抗であり、制御ICの「CS」ピンは電圧値を検出する。何らかの理由で負荷が異常な場合、ループ電流は増加します。ループ電流がU>0.15Vを作るのに十分な大きさ(この値はICによって制御され、異なるICが異なる値を持つと判断)、その「DO」ピンは高電圧からゼロ電圧に変わり、M1をオンからオフに切り替え、放電回路を遮断し、回路の電流をゼロにします。過電流保護へ。

上記制御プロセスでは、過電流検出値は制御ICの制御値だけでなく、MOSFETのオン抵抗にも依存することが分かる。MOSFETのオン抵抗が大きいと、同一制御ICの過電流保護が小さいほど値が小さくなる。

5. 短絡保護

バッテリが負荷を放電する際に、ループ電流が大きくてU>1V(この値は制御ICによって決定され、異なるICは異なる値を持つ)、制御ICは負荷が短絡していると判断し、その「DO」ピンは高電圧からゼロ電圧に素早く切り、M1は放電回路を切断し、短絡保護の役割を果たします。短絡保護の遅延時間は極めて短く、通常は7マイクロ秒未満です。その作業原理は、現在の保護に似ています

DW01のCSピンは、電流検出ピンです。出力が短絡すると、充放電制御MOSFETのオン電圧降下が急激に増加し、CSピンの電圧が急激に上昇します。DW01出力信号は充放電制御MOSFETを素早くオフにし、過電流または短絡保護を実現します。