隨著鋰離子電池在我們所有的電子產(chǎn)品中變得越來越普遍，有很多電路可以防止它們爆炸。本文將討論現(xiàn)有的眾多保護架構(gòu)及其優(yōu)缺點。

電子產(chǎn)品

盡管鋰離子化學(xué)與其他電池化學(xué)相比具有許多優(yōu)勢，但最大的缺點是其安全性能。如果使用不當(dāng)，鋰離子電池會產(chǎn)生熱事件。堅固的電子設(shè)備和保險絲需要納入電池設(shè)計中，以確保其在安全運行條件下運行。

鋰離子電池中常用的典型電池管理系統(tǒng) (BMS)。電池管理系統(tǒng)最重要的元素是確保鋰離子電池的正確使用。這包括正在監(jiān)視以下事項以確保其處于正常運行條件內(nèi)：

· 放電電流：這是離開電池為負(fù)載供電的電流。所有電池都額定為它可以處理的特定放電電流。有些電池的額定溫度可高達(dá) 100C(額定容量的 100 倍)，而有些電池只能處理低于 1C 的溫度。

· 充電電流：這是進入電池為電池充電的電流。所有電池都額定為它可以處理的特定充電電流。一些電池具有高額定充電電流能力以實現(xiàn)快速充電。

· 電壓：這是單個電池上的電壓。鋰離子電池需要保持在一定范圍內(nèi)的電壓。超出該范圍，尤其是在高端范圍內(nèi)可能會導(dǎo)致熱問題。過電壓是您可以對電池做的最危險的事情之一。

· 溫度：這是電池上的溫度。細(xì)胞需要在給定的范圍內(nèi)操作。通常，放電時應(yīng)在-20C至60C之間，充電時應(yīng)在0C至40C之間。

如果電子設(shè)備檢測到上述任何一項超出了電池規(guī)定的范圍，那么它將關(guān)閉電池。有幾種方法可以關(guān)閉電池。大多數(shù) BMS 系統(tǒng)使用這些方式的組合。

1. PTC—— 正溫度系數(shù)熱敏電阻與電池串聯(lián)。當(dāng)電流增加時，PTC 的電阻會隨著溫度的升高而增加，從而產(chǎn)生開路并將電池與應(yīng)用程序斷開連接。這是為電池添加保護的一種非常常見的方法。一些電池將內(nèi)置 PTC，提供額外的保護。

2.電流保險絲 ——另一種電流保護方法是將電流保險絲與電池串聯(lián)。一旦電流超過保險絲的額定值，保險絲就會斷開。大多數(shù)系統(tǒng)將此作為次要的最后手段選項，因為它將永久完全關(guān)閉電池。

3.溫度保險絲 ——當(dāng)溫度超過其額定值時，該保險絲將打開。就像電流保險絲一樣，這是永久關(guān)閉的。

4. MOSFET—— 關(guān)閉電池的最常見方法之一是使用 MOSFET 。MOSFET 通常連接到保護 IC。保護 IC 測量電池上的電壓、流入和流出電池的電流，在某些情況下還測量電池上的溫度。如果 IC 檢測到其中任何一個超出范圍，它們將向 MOSFET 發(fā)送信號以將其關(guān)閉。由于電流可以是雙向的(充電電流和放電電流)，因此使用背靠背 MOSFET。

如果在電池組 + 側(cè)使用 N 溝道 MOSFET，則 IC 需要有一個電荷泵，可以提供高于電池電壓的柵極電壓。大多數(shù)簡單的保護 IC 都沒有電荷泵，因此有 2 個選項：

· 使用電池組側(cè)的 N 溝道 MOSFET 斷開電池。這里的缺點是需要了解和減輕電池接地斷開時對系統(tǒng)的影響。

· 使用電池組 + 側(cè)的 P 溝道 MOSFET 斷開電池。P 溝道 MOSFET 不如 N 溝道常見，而且選擇可能不是很好。它們通常比 N 通道更昂貴。

有幾家制造商提供保護 IC，例如德州儀器 (TI)、精工和三美。

5.化學(xué)保險絲 ——化學(xué)保險絲也用于電池組中，用于二次過電壓保護?；瘜W(xué)保險絲 的工作原理類似于電流保險絲，但它也具有使用內(nèi)置加熱器自行熔斷的能力。端子 T3 接地，從而激活加熱器并熔斷保險絲。在電池中使用化學(xué)保險絲的最常見方法是用于二次過電壓保護。端子 T3 連接到次級過壓保護 IC，當(dāng)它檢測到一個或多個電池高于特定電壓范圍時，它就會啟動。要啟動二級保護，這必須意味著一級保護電路不工作并且電池組出現(xiàn)嚴(yán)重問題。此時永久禁用電池組是明智之舉。許多需要通過 UL2054 測試的電池組都有一個化學(xué)保險絲，用于二次過壓保護。

6.繼電器/接觸器 ——另一種選擇是使用繼電器或接觸器來切換電池負(fù)載。對于更大的電池組(叉車電池、車輛電池等)來說，這是一種非常流行的方法。主要優(yōu)點是繼電器/接觸器可以承載大量電流。它們也是獨立控制的(與 MOSFET 不同)，因此低電壓信號可以切換輸入/輸出大電壓輸出。

盡管鋰離子電池經(jīng)常成為新聞，但其電子設(shè)備中有許多方法可以保證其安全。強烈建議在您的電池組設(shè)計中始終具有冗余保護功能。至少有兩種獨立的過流和過壓關(guān)斷方式，以減輕主保護電路的任何故障或損壞。