電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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手機電池的保護電路具體解析
此篇文章主要解析手機電池的保護電路.我們大家在使用電池的時候總會發生各種誤操作,而手機電池的電芯其實是比較脆弱的,因此完備的保護措施對一個合格的手機電池來講是必不可少的.下面是正文:
一.鎳氫電池的保護
手機鎳氫電池的保護器件非常簡單,就是圖中的哪一個跨在兩節電芯之間的扁扁的扁帶一樣的東西,稱為可恢復式保險絲,又稱pTC,即正溫度系數熱敏電阻的英文簡寫.在電路上,它是串聯在供電回路里面的.一旦發生大電流(比如短路)的情況,就會因其pTC效應迅速增加其本身的電阻值,起到斷路的作用.
二.pTC的解析
pTC正溫度系數熱敏電阻又稱polyswitch聚合物自復保險絲(polymerresettablefuse)聚合物自復保險絲由聚合物基體及使其導電的碳黑粒子組成。由于聚合物自復保險絲為導體，其上會有電流通過。當有過電流通過聚合物自復保險絲時，萌生的熱量（為I2R）將使其膨脹。從而碳黑粒子將分開、聚合物自復保險絲的電阻將上升。這將促使聚合物自復保險絲更快的萌生熱、膨脹得更大，進一步使電阻升高。當溫度達到125°C時，電阻變化顯著，從而使電流分明減小。此時流過聚合物自復保險絲的小電流足以使其保持在這個溫度和處于高阻狀態。當故障清除后，聚合物自復保險絲收縮至原來的形狀重新將碳黑粒子聯結起來，從而降低電阻至具有規定的保持電流這個水平。上述過程可循環多次.圖例說明pTC的保護原理如下圖:
冷態pTC電阻值僅幾十毫歐,而熱態電阻值可達幾百千歐姆.
三.鋰電池的保護線路
關于鋰電池保護線路的原理具體描述參看<<電池和充電器認識誤區(續)--鋰電池保護線路淺談>>
本文主要以圖例進行說明
圖左為典型的鋰離子保護線路原理圖,B+,和B-代表典型的正負極,而p+和p-代表成品手機電池的正負極輸出(見圖右).
四.鋰離子保護線路的保護參數
另外,復雜高級的鋰電池(比如智能鋰電池)還會蘊含溫度保護,電量計量,實時時鐘和電子范圍標識碼.
五.鋰電池保護原理細解
1.過充保護
當充電電壓超出保護值是,觸發保護線路動作,關斷開關管Q1.
2.過放保護
當負載使電池電壓降低到保護電壓以下時,觸發保護線路,Q1關斷.
3.短路保護
短路保護電路分兩種,一種是一旦觸發后,短路故障排除,Q1自行導通,另一種觸發后不會自行恢復,需要外界強行充電后才會釋放Q1.目前市場上這兩種保護電路共存.
六.電池其它管腳的定義和解釋
在許多手機的電池輸出端,除了正負極,通常還會有一個或幾個另外的輸出端,典型有如圖的兩種,NTC電阻和ID電阻.
1.ID電阻的原理
ID(標識的簡拼)
簡單講就是手機通過讀取該管腳電阻的阻值來獲悉電池的類型(依據阻值的不同來區分鎳氫電池和鋰電池,區分大容量電池和一般容量電池)
2.NTC電阻
NTC電阻正好是前面pTC電阻的相反.NTC是負溫度系數熱敏電阻的簡拼.
簡單講手機通過讀取該電阻的阻值獲取電池的溫度值.籍以進行相應的保護動作.比如在0~45度以外的環境,手機不進行充電,在-20~60度的范圍之外手機強行關機,以此來保護在非電池容忍環境里的危險操作.
3.NTC原理
NTC電阻的阻值和溫度的對應關系如上圖所示,圖中可以看出,該電阻對應溫度有一個非常明確的對應關系.該電阻還可以用來進行一些電路的負溫度補償.
七.綜合電路
一個典型的鋰電池綜合保護電路,從左至右分別為電量計電路/保護電路/實時時鐘.
這一點很有趣,實時時鐘電路放在電池組里面的一個好處就是即使從手機上拔下電池,時鐘也不會丟失,只要電池的電壓不降低到3.0V以下.而今朝大多數實時時鐘電路是放在手機里面的,僅僅靠一個小容量的后備電池進行供電,一點手機掉電后,維持的時間非常有限.
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