锂电池充电电路详解_图文_百度文库
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锂电池充电电路详解
&&锂电池充电电路详解,包括原理图设计/pcb相关。
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分析锂电池充放电保护电路的特点及工作原理
&&& （2）过放电保护
&&& 当电芯通过外接的负载进行放电时，电芯两端的电压将慢慢降低，同时DW01内部将通过电阻R1实时监测电芯电压，当电芯电压下降到2.3V（通常称为过放保护电压）时，DWO1认为电芯已处于过放电状态，其①脚电压变为0， 8205A内Q1截止，此时电芯的B-与-之间处于断开状态，即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。
&&& 进入过放电保护状态后，电芯电压会上升，若能上升到IC的门限电压（一般为3.1V，通常称为过放保护恢复电压），DW0的①脚恢复输出高电平，8205A内的Q1再次导通。
&&& （3）电池充电
&&& 无论保护电路是否进入过放电状态，只要给保护电路的P＋与P-端间加上充电电压，DW0经B一端检测到充电电压后，便立即从③脚输出高电平，8205A内的Q2导通，即电芯的B-保护电路的P-通，充电器对电芯充电，其电流回路如下：充电器正极&p＋&B＋&B-、8205A的⑥、⑦脚&8205A的⑧脚&8205A的①脚&8205A的②、③脚&P-&充电器负极。
&&& （4）过充电保护
&&& 充电时，当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯两端的电压将逐渐升高，当电芯电压升高到4.4V（通常称为过充保护电压）时，DW01将判断电芯已处于过充电状态，便立即使③脚为0V， 8205A内的Q2因④脚为低电平而截止，此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即电芯的充电回路被切断，停止充电。
&&& 当保护电路的P＋与P-端接上放电负载后，虽然Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两端电压低于4.3V（通常称为过充保护恢复电压）时，DW01将退出过充电保护状态，③脚重新输出高电平，Q2导通，即电芯的B-端与保护电路P-端又重新接上，电芯又能进行正常的充放电。
&&& （5）过流保护
&&& 由于MOs开关管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时MOs开关管的D、S极间就会产生压降，保护控制IC会实时检测MOs开关管D、S极的电压，当电压升到IC保护门限值（一般为0.15V，称为放电过流检测电压）时，其放电保护执行端马上输出低电平，放电控制MOs开关管关断，放电回路被断开。
&&& 在图7中，DW01通过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOs开关管上的压降。当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大，当该压降达到0.2V时，DWO1便判断负载电流到达了极限值，于是其①脚为0V， 8205A内部的放电控制管Q1关闭，切断电芯的放电回路。实现过电流保护。
（6）过温保护
&&& 保护板上的T端口为过温保护端，与用电器的CPU相连。常见的过温保护电路较简单，就是在T端与P-端接一只NTC电阻（见图7中的R4），该电阻紧贴电芯安装。当用电器长时间处于大功率工作状态时（如手机长时间处于通话状态），电芯温度会上升，则NTC阻值会逐渐下降，用电器的CPU对NTC阻值进行检测，当阻值下降到CPU设定阈值时，CPU立即发出关机指令，让电池停止对其供电，只维持很小的待机电流，从而达到保护电池的目的。
&&& 【提示】当保护板处于保护状态时，可以短接B-、P-端来激活保护板，这时控制芯片的充、放电保护执行端（OC、OD）均会输出高电平，让MOs开关管导通。
&&& 2．多节姐电池保护电路
&&& 锂电池充放电控制芯片UCC3957可对3或4节锂电池组提供过充电、过放电及过流等保护，具体而言：该芯片对电池组内的每一节电池电压进行采样，并与内部的精密基准电压进行比较，当任意一节电池处于过压或欠压状态时，芯片就会进行相应的控制，以防止进一步充电或放电，其典型应用电路如图8所示。图中，Q1、Q2为P沟道MOSFET管，分别控制充电和放电电流。
&&& （1）电池组的连接
&&& 电池组与IC连接要注意顺序。电池组的底端连接到UCC3957（U1）的AN4端，顶端连接到VDD端，每两节电池的连接点按相应顺序连接到AN1～AN3端。
&&& 当电池组为3节电池时，U1的②脚（CLCNT端）与16脚（DVDD端）相连，同时将⑥脚（AN3端）与⑦脚（AN4端）相连；当电池组为4节电池时，②脚接地（即连到AN4端）。
&&& （2）放电
&&& U1具有智能放电功能。放电时，U1的13脚输出低电平，放电开关Q2导通，锂电池组经Q2及Q1内的二极管向负载供电。当负载所需电流较大时，通过电流检测电阻RS两端的压降也较大，当超过15mV（对应0.6A的放电电流）时，则U1的③脚输出低电平，充电开关管Q1导通，从而提高电池组的放电能力。
&& （3）欠压保护
&&& 当检测到任一节电池处于过放电时（低于欠压阈值），U1的③脚、13脚输出高电平，同时关断Q1，Q2、U1进入休眠状态，此时芯片的工作电流仅为3.5&A。只有当③脚电压升到VDD时，芯片检测到后才会退出休眠状态。
&&& （4）充电
&&& 当接入充电器时，开关S1闭合，U1的⑨脚（CHGEN端）与16脚（DVDD）相通，U1的③脚输出低电平，充电开关管Q1导通，电池组充电。
&&& 在充电期间，如果U1处于休眠状态，则放电开关管Q2仍然关断，充电电流经Q2内的二极管对电池组充电。当每节电池的电压均高于欠压ON值时，Q2导通。
&&& （5）过流保护
&&& 为了适应大的电容负载，UCC3957设有两个过流阈值电压，每一个阈值电压又可以设定不同的延迟时间，即采用二级过流保护模式。这种二级过流保护既可对短路提供快速的响应，又可使电池组承受一定的浪涌电流，以防止因滤波电容容量较大而引起不必要的过流保护动作。
&&& 电流检测电阻RS接在U1的⑦脚（AN4）与⑧脚（BATLO）之间。当RS两端的压降超过某一阈值时，过流保护进入间歇模式。在这一模式下，放电开关管Q2周期性地关断与导通，直到故障排除。一旦故障排除，芯片自动恢复到常规工作状态。
&&& 第一级过流保护阈值为0.15V（对应的输出电流为6A），且持续时间超过U1设定的时间（由U1的⑩脚（CDLY1）和地之间的电容C4设定），则U1进入间歇工作模式，其输出脉冲的占空比约为6%，即开关管的关断时间大约是导通时间的16倍。
&&& 第二级过流阈值为0.375V（对应的输出电流为15A），且持续时间超过U1设定的时间（由U1的14脚（CDLY2）和地之间的电容C3设定），则U1进入间歇工作模式，其输出脉冲的占空比小于1%，即开关管的关断时间大约是导通时间的100倍。
&&& （6）过压保护
&&& 如果某一节电池的充电电压超过充电阂值，则U1的③脚输出高电平，充电开关管Q1关断，进入过压保护状态。
&&& 另外，如果电池组与U1的④～⑥脚（AN 1 -AN3）的连线断路，则U1也将进入过压保护状态。&&&[2]&
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页面执行时间：8,000.00000 毫秒【图文】锂离子电池自放电原理_百度文库
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锂离子电池自放电原理
&&锂离子电池自放电原理
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你可能喜欢锂离子电池特性及充、放电管理 - JonnyLulu - 博客园
随笔 - 93, 文章 - 15, 评论 - 9, 引用 - 0
锂离子电池基本工作原理和结构
& & & & 电池的基本原理：正极发生还原反应，得电子；负极发生氧化反应，失电子。电子经过负载，由负极流向正极，形成方向从正极到负极的电流。
& & & & 介绍锂离子电池的工作原理时，以应用较为广泛的 18650 锂离子电芯为例，下面是发生的化学反应示意图和公式：
& & & & 化学老师死的早啊，尼玛这是什么！就算是学霸，也没在高中学化学时见过这样的化学反应式吧。先看放电过程中正极的反应（钴酸根先拿掉）。
1个 (+1)价锂离子&------ (1-x) 个 (+1/(1-x)) 价锂离子 + x个 (+1) 价锂离子 + x个电子
令 x=0.5，得：
1个 (+1) 价锂离子&------0.5个 (+2) 价锂离子 + 0.5个 (+1) 价锂离子 + 0.5个电子
两边乘以2，得：
2个 (+1) 价锂离子&------1个(+2)价锂离子 + 1个 (+1) 价锂离子 + 1个电子
1个 (+1) 价锂离子&------1个(+2)价锂离子 + 1个电子
&&&&&&& 这个公式其实是描述整体反应，而不是描述单个个体反应的。用简单的话来说就是：
正极的(+1/(1-x))价（其中，0&x&1）锂离子通过电池负载回路得到负极的电子，被还原成(+1价)锂离子；
负极的锂原子失去电子，被氧化为(+1)价锂离子，电子从负极流入负载回路，锂离子通过电解质流向正极；
&&&&&&& 又回到电池基本原理了吧。正极的核心是 (+1/(1-x)) 价锂离子，负极核心是锂原子，两者反应生成 (+1)价锂原子，氧化还原反应中的电子流动形成电流。
& & & & 在现实中制作电池时，总需要物质来承载正极的锂离子和负极的锂原子，就好像货物总是需要货架的。那么锂离子的货架就是 钴酸根 离子，与锂离子共同构成正极；负极的锂原子则由带孔石墨等材料构成，不至于反应后，把负极反应没了。正极和负极之间是电解质和隔膜，既用于锂离子流动，也用于隔离正负极，防止内部短路。
& & & & 为什么要讲锂离子电池的基本工作原理和结构？后面谈锂电池充电、放电截至电压和过充、过放的危害时会用到。
锂离子电池特性
& & & & 用户最关心的锂离子电池的特性是电容量，比如常说的 2000mAh，指的是在锂电池在正常工作情况下所能放出的电荷数。我们看一份锂离子电池的规格说明书：
& & & & 这块电池比较重要的几个参数：
容量&&&&&&&&&&&&：2500 mAh
充电截止电压：4.2 V
放电截止电压：2.5 V
最大充电电流：4000 mA
最大放电电流：20000 mA
& & & & 总之都是围绕电池容量和充放电来考虑的。电池容量取决于负极能放出多少电子以及正极能吸收多少电子。
& & & & 为什么会有充电截止电压呢，换句话来说，过压充电后会有什么问题？在前面描述锂离子电池结构时提到，负极是由石墨和锂原子组成的，其实锂并不是以原子形态存在的，而是以锂离子形态和石墨共存的。过压充电后，锂离子会析出为晶体状锂，无法参与充放电，导致电池容量减少。就好像 xxoo 时，插的太深，拔不出来了。
& & & & 为什么会有放电截至电压呢，换句话说，放电过度后会有什么问题？过度放电后，负极中的锂离子大量流向正极，导致石墨空虚，部分区域发生坍塌，无法再存放锂离子，也会导致电池容量减少。这句话你总该懂吧：小撸怡情，大撸伤身，强撸灰飞烟灭。没错，过度放电后就&灰飞烟灭&了。当你的锂离子电池过度放电时，它就会对你无声地控诉：少年，身体要紧啊！
& & & & 具体到一个锂电池，它的容量在不同放电电流和温度下也是不同的，且随充放电周期数增多而减少。
& & & & 下面是某型号锂离子电池温度和电池容量的关系：
下面是某型号锂离子电池放电电流和电池容量的关系：
锂离子电池充电
锂离子电池的充电管理，主要是保证充电电流不能过大，不能过充，温度合适，还要尽可能地提高充电速度。
下面是一份锂离子电池充电过程中电压、电流和容量的变化关系图：
以 0.7C 电流恒流充电，至电压升至充电截止电压 4.2V
以充电截止电压 4.2V 恒压充电，至电流降低到 55mA
这里有几个重要参数：
恒流充电电流
恒压充电电压
充电截止电流（充电完成的标志）
& & & & 恒流充电电压是固定的，绝对不可以随便修改。恒流充电电流只要不超过最大充电电流即可，其大小会影响充电速度。充电截止电流可以自由调节，其大小会影响电池充入的电量和充电时间。
锂离子电池放电
& & & & 锂离子电池放电时，主要是注意放电电流不要过大和不过度放电就行了。
锂离子电池电量检测
& & & & 锂离子电池电量检测的核心问题是获取剩余电量和总容量，以提示用户剩余充电时间和剩余放电时间，为用户合理安排时间提供依据。
& & & & 现在大多数设备为了简化设计，用电池电压来判断剩余电量，在要求不严格的场合可以接受，但是是一种不严谨的行为。电池在同一剩余电量状态下，当处于不同温度、不同放电电流时，电压时不同的。较为严谨的做法是统计电量。
& & & & 一块新电池安装在设备上后，必须经历一次完整的放电或完整的充电。这样做是考虑到了两点：获取电池总容量和获取当前剩余电量。
从无电到充满电，检测充入电荷数，得到总容量
放电一段时间，当前电量 = 前电量- 放电量
充电一段时间，当前电量 = 前电量 + 充电量
& & & & 有了当前电量，再加上当前充电或放电电流，就可以预算剩余充电时间和放电时间；还可以结合总容量，提供电量百分比信息。