چگونه بوردهای حفاظتی باتری لیتیومی سلول‌ها را ایمن و قابل اعتماد نگه می‌دارند؟

برد حفاظتی سبز رنگ مدار چاپی برای باتری‌های لیتیومی از شارژ بیش از حد، دشارژ بیش از حد و اتصال کوتاه باتری با کنترل روشن و خاموش شدن ماسفت در مدار جلوگیری می‌کند.

به‌روشی هوشمندانه از ویژگی‌های ماسفت استفاده می‌کند تا از عبور جریان بیش از حد بدون افزودن قطعات اضافی جلوگیری کند.

خط اول حفاظت - «جلیقه ضدگلوله» سلول باتری

مواد داخلی باتری‌های لیتیوم قابل اشتعال و انفجار هستند، خواص شیمیایی آنها خیلی پایدار نیست و در صورت بیش از حد یا کمتر از حد بودن ولتاژ و جریان مشکلاتی به وجود می‌آید.

هر باتری لیتیوم معمولی هنگام ترک کارخانه همراه با یک برد حفاظتی تحویل داده می‌شود

عملکرد این صفحه محافظتی بسیار محدود است. این برد تنها حداقل حفاظت را فراهم می‌کند.

هنگامی که ولتاژ ورودی بیشتر از ۴٫۴ ولت، ولتاژ کمتر از ۲٫۱ ولت یا اتصال کوتاه (جریان گذرا بیش از حد) رخ دهد، حفاظت اولیه را فراهم می‌کند.

برد حفاظت شارژ از اساسی‌ترین قطعات برای تضمین قابلیت اطمینان بالا و حساسیت زیاد ماژول استفاده می‌کند.

• بر اساس نمودار شماتیک، آی‌سی کنترل وضعیت باتری لیتیومی را نظارت کرده و روشن و خاموش شدن ترانزیستور ماسفت را کنترل می‌کند تا مدار شارژ را کنترل نماید.

• فیوز در صورت بروز اتصال کوتاه با جریان بالا، از خرابی آی‌سی کنترل جلوگیری کرده و به سرعت مدار شارژ را قطع می‌کند.

شارژ عادی

 حفاظت در برابر شارژ بیش از حد

پین 5 آی‌سی کنترل، ولتاژ بالایی را تشخیص می‌دهد → q2 را خاموش می‌کند → مدار شارژ قطع می‌شود

• شرایط بازیابی

ولتاژ شارژ خارجی کاهش می‌یابد

سلول باتری به طور جزئی تخلیه شده و ولتاژ سلول باتری کاهش می‌یابد

 

تفريغ عادي

حفاظت در برابر تفريغ بيش از حد

ولتاژ Vdd-Vss آيسي کنترل، ولتاژ پايين را تشخيص مي‌دهد → q1 را خاموش مي‌کند → مدار تفريغ قطع مي‌شود

 

حفاظت در برابر اضافه جريان و اتصال کوتاه

فيوز - هنگامي که جريان گذراي بزرگ وجود داشته باشد قطع خواهد شد. اين کار به منظور جلوگيري از خرابي آيسي کنترل است. اين يک حفاظت کاملا فيزيکي و ضمانت آخري است.

روش متداول امروزه استفاده از ويژگي مقاومت داخلي ماسفت براي تشخيص اضافه جريان است.

پيش از معرفي، لازم است توضيح داده شود

• مقاومت داخلي لوله ماسفت حدود 30 ميلي‌اهم است ω و مقاومت کل دو لوله MOS برابر با 60 متر است ω .

• تئوری: وقتی از یک مقاومت جریان 10 میلی آمپر و جریان 1 آمپر عبور می کند، اختلاف ولتاژ بین دو سر آن متفاوت است.

کنترل آی سی توسط

• اختلاف ولتاژ بین دو سر MOS Vds

• مقاومت داخلی MOS (RDS)

• آستانه تنظیم شده در داخل IC کنترل به طور کلی 0.1v است

طبق قانون اوم

I = Vds / Rds = 0.1V / 0.06 ω ~ 2A

اینجوری IC کنترل ولتاژ رو از طریق Pin2 تشخیص میده یک تفاوت اندک ولتاژ می تواند آستانه پیش تعیین شده توسط سازنده را فعال کند.

P2 از آستانه ولتاژ فراتر می‌رود → تعیین جریان اضافی > 1A → خاموش کردن ترانزیستور MOS → قطع مدار.

تعیین جریان اضافی بدون افزودن دستگاه‌های اضافی.