Explique el principio de cómo las baterías de litio de los teléfonos móviles logran protección contra sobrecargas.
A menudo veo esta opinión: "La carga a largo plazo no dañará las baterías de iones de litio debido a la existencia de circuitos de protección".
Hay dos preguntas que hacer:
1. Al cargar una batería de iones de litio durante un período prolongado, si utiliza un cargador o soporte original y genuino, no se producirán daños. Esto no se debe a la protección del circuito. pero *Esto está garantizado por el diseño estricto y preciso del circuito de carga.
2. La existencia de un circuito protector no puede evitar completamente la sobrecarga de las baterías de iones de litio. El circuito protector solo se puede utilizar cuando el. La batería está sobrecargada. Sólo así se evitará una mayor sobrecarga.
Aquí hay algunos datos
RICOH ha lanzado un chip de protección adecuado para baterías de iones de litio de 4,2 V. Su voltaje de protección contra sobrecarga es. 4.35V /-0.05V, el chip de protección adecuado para baterías de iones de litio de 4.2V de la serie 8241 lanzada por la japonesa Seiko SIEKO, su voltaje de protección contra sobrecargas es 4.275V /-0.025V
Cuando el litio. -La batería de iones está completamente cargada, el voltaje de la batería debe caer entre 4,20 V/-0,04 V y la acción del circuito de protección no se activa. La razón por la que el fabricante afirma que no se sobrecargará después de una carga prolongada es porque la gestión de carga. del teléfono móvil garantiza que no se sobrecargará después de que el voltaje de la batería haya alcanzado los 4,20 V. En cambio, mantendrá el estado de monitoreo.
Cuando alcance el voltaje de protección contra sobrecarga, por ejemplo. como 4.275V, la batería de iones de litio ya está sobrecargada y el circuito de protección se corta en este momento para evitar una mayor sobrecarga.
Después de hablar sobre este malentendido, echemos un vistazo. En el mecanismo interno de las baterías de iones de litio de los teléfonos móviles hablamos principalmente de la función y el principio de funcionamiento del circuito de protección de iones de litio.
Anatomía completa de los circuitos de protección de iones de litio
En términos generales, cuando los usuarios entran en contacto con las baterías de iones de litio de los teléfonos móviles, además de la carcasa de la batería, también ven varios contactos de hardware, como el "polo positivo de la batería" en la imagen. salida positiva y negativa de la batería.
┏━━Fusible━━━━━┳━━━━━━━━━┫Polo positivo de la batería
┃ R1
┃/
┇ ┏┻━━┓ ┏┻━━┓
┏┻┓ ┃ Protección de CI┃
┏┻━┻┓ ┏┫ ┃
┃ ┃ ┃┗━━┳┛ ┏━━┫Resistencia de identificación
┃Ion de litio┃ ┃ ┃ ┃
┃Celda de batería┃ ┃ ┃ R2
┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┗━┳━┛ ┃ ┻Mosfet ┃
┃ ┃ ┏╈┓ ┃
┗━━ ━━━━━┻━━┻┛┗━━━┻━━┫Electrodo negativo de la batería
La fuente real de alimentación es el núcleo de la batería de iones de litio dentro de la caja de plástico de la batería, pero debido a la celda de la batería de iones de litio, las características "delicadas" de las baterías de iones de litio, como sobrecarga y sobredescarga, grandes descargas de corriente, cortocircuitos y otras acciones no convencionales, causarán grandes daños a las baterías de iones de litio. La función de proteger el circuito es responder rápidamente cuando ocurren las acciones no convencionales mencionadas anteriormente. Cortar el circuito y proteger la celda de la batería de iones de litio. Estas acciones protectoras se juzgan por el IC de protección en la imagen, que controla un par de. Transistores de efecto de campo Mosfet para conducir y cortar el circuito de suministro de energía principal para proteger la celda de la batería de iones de litio.
Los fabricantes de este tipo de circuito integrado de protección comúnmente utilizados en el mercado incluyen SEIKO, RICOH, Motorola Semiconductor, etc.
Utilizaremos la serie de chips S8241 de Seiko para presentar cada función de protección en detalle.
Como todos sabemos, de acuerdo con el voltaje límite de carga constante, las baterías de iones de litio. Hay dos tipos: carga de voltaje constante de 4,1 V y carga de voltaje constante de 4,2 V. Ahora hay muy pocas versiones de 4,1 V, y la gran mayoría son de 4,2 V constante.
Tipo de carga de voltaje Los siguientes datos solo se analizan para baterías de iones de litio de carga de voltaje constante de 4,2 V.
Las funciones que puede lograr el IC de protección Mosfet son las siguientes (cuatro protecciones principales):
1. Protección contra sobrecarga. Cuando el voltaje de la celda de la batería excede el valor establecido, el IC de protección corta el tubo Mosfet. Cuando el voltaje de la celda vuelve al voltaje permitido, el tubo Mosfet vuelve a conducir.
Voltaje de detección de sobrecarga: 4.275V/-0.025V, una vez que el voltaje de la celda excede este valor, se activa la protección contra sobrecarga
Voltaje de liberación de sobrecarga: 4.175V/-0.030V, bajo protección de sobrecarga La protección solo se detendrá cuando el voltaje de la celda caiga a este valor.
Retraso de protección de sobrecarga: 1 segundo Cuando el voltaje continúa excediendo el voltaje de detección de sobrecarga durante más de 1 segundo, se activará la protección de sobrecarga. está configurado para evitar errores de juicio y mal funcionamiento.
2. Protección contra sobredescarga cuando el voltaje de la celda de la batería cae más allá del valor establecido, el IC de protección corta el tubo Mosfet. Espere hasta que el voltaje de la celda. vuelve a Cuando se alcanza el voltaje permitido, se restablece la conducción del tubo Mosfet.
Voltaje de detección de sobredescarga: 2,3 V /-0,08 V
Voltaje de liberación de sobredescarga: 2,4 V
Retardo de protección contra sobrecarga: 125 milisegundos
El significado del parámetro es similar al de protección contra sobrecarga y no se describirá en detalle.
3. Protección contra sobrecorriente, cuando la corriente de operación excede el valor establecido. Cuando el IC de protección corta el tubo Mosfet. Cuando la corriente de operación vuelve al voltaje permitido, el tubo Mosfet vuelve a conducir.
Caída de voltaje de corriente de sobrecorriente: 0.1V, aquí el IC de protección determina la corriente. La caída de voltaje generada al fluir a través del Mosfet se puede aproximar dividiendo este voltaje por la resistencia del Mosfet para obtener la corriente de protección de sobrecorriente. alrededor de 3~5A.
4. Cortocircuito De hecho, esta función es una extensión de la protección contra sobrecorriente cuando el IC de protección detecta que el voltaje entre los polos positivo y negativo de la salida de la batería. es menor que el valor especificado, se considera que la batería está en un estado de cortocircuito en este momento y el circuito se corta inmediatamente. El circuito se restablece después de que se elimina la falla de cortocircuito. durante el cortocircuito El voltaje de los electrodos positivo y negativo es cero, pero el voltaje real de la celda de la batería sigue siendo normal.
Retardo de detección de cortocircuito: 10 microsegundos Este retraso es incluso corto y el. El circuito se corta casi instantáneamente cuando ocurre el cortocircuito, lo que puede evitar el gran daño causado por el cortocircuito a la batería.
También hay otro parámetro llamado autoconsumo del IC de protección. En la figura anterior, puede ver que el IC de protección utiliza el núcleo de la batería a través de la resistencia R1. Para funcionar, inevitablemente consumirá parte de la capacidad de la batería. Generalmente, el consumo de energía del IC de protección es muy pequeño. microamperios y el máximo no supera los 6 microamperios.
En Hay otro dispositivo en el circuito de protección, como el fusible que se muestra en la imagen de arriba, que es el fusible que está conectado en serie en la batería. Su función es servir como última línea de defensa contra sobrecorriente o alta temperatura del litio cuando falla el circuito de protección. La batería de iones realiza la acción de cortar el circuito. Según el principio de funcionamiento, el fusible se divide en un desechable. fusible (como el que se usa debajo del medidor eléctrico en casa) y un fusible reiniciable (también llamado PTC).
Con esto, con circuitos de protección completos, es difícil para los usuarios comunes desgastar los iones de litio. baterías.Pero esto no significa que los usuarios puedan abusar de las baterías de iones de litio a voluntad. También hay muchas cosas a las que se debe prestar atención.
Siguiente La imagen muestra varias áreas divididas según el uso real. al voltaje de la batería de iones de litio.
Zona peligrosa de alto voltaje
---------------Protege el circuito Voltaje de protección contra sobrecarga (4.275~ 4.35V)
Zona de advertencia de alto voltaje
--------------Voltaje límite de carga de batería de iones de litio 4.20V
Área de uso normal
---------------Voltaje de terminación de descarga de la batería de iones de litio (2,75 ~ 3,00 V)
Advertencia de bajo voltaje zona
--------------Voltaje de protección contra sobredescarga del circuito de protección (2,3 ~ 2,5 V)
Bajo
Zona de peligro de alto voltaje
1. En el área de uso normal, las baterías de iones de litio pueden ejercer sus características normalmente y no hay peligro.
2. El área está en la línea de protección Dentro del rango de protección, eso no significa que la batería de iones de litio también sea segura en este momento. La sobrecarga a este nivel durante mucho tiempo reducirá rápidamente el ciclo de vida de la batería.
Según mis pruebas, cuando se carga una batería de iones de litio nueva a 4,3 V, su capacidad se puede aumentar en aproximadamente un 15 % en comparación con una batería de iones de litio cargada a 4,2 V. Sin embargo, después de 50 ciclos, su capacidad aumenta. La capacidad disminuye al 80% original y su vida útil se acorta 10 veces. Recuerde que a la batería de los internautas me gusta sobrecargar la batería de iones de litio, lo que puede aumentar temporalmente la capacidad de los primeros ciclos. reemplácela por una nueva. Me temo que la mayoría de los internautas no tenemos el capital, por lo que debemos usarla honestamente. Este tipo de baterías de iones de litio con baja sobrecarga a menudo desarrollan deformaciones como abultamientos después de docenas de ciclos. /p>
3. Zona de advertencia de bajo voltaje. Las baterías de iones de litio en esta área no son adecuadas para carga rápida y deben cargarse primero para aumentar el voltaje de la batería por encima de 3,0 V antes de cargarlas rápidamente. De lo contrario, es fácil provocar reacciones adversas de los materiales polares de iones de litio y afectar el rendimiento de la batería. Las baterías de iones de litio con este voltaje también son muy susceptibles al autoconsumo de la propia batería y al autoconsumo de la protección de iones. El circuito cae rápidamente cerca de la zona de peligro de bajo voltaje. Eso es peligroso y este autoconsumo no puede ser protegido por el circuito de protección.
4. zona de peligro de bajo voltaje durante mucho tiempo El rendimiento de las baterías de iones de litio se deteriorará aún más.
A bajo voltaje (menos de 2 V) o voltaje más bajo, la red de ácido de litio cobalto (también conocida como espinela) del material del cátodo cambia, y su estructura cristalina se producirá en forma de dendritas. Cuando estas dendritas crezcan, perforarán los separadores de los electrodos positivo y negativo, provocando microcortocircuitos en la batería, deteriorando aún más la batería. rendimiento de la batería, e incluso provocar que la batería se hinche y se deseche por completo.
5. Zona de peligro de alto voltaje en este momento, el circuito de protección ha fallado o no hay ningún circuito de protección. En la batería de iones de litio en esta área (especialmente por encima de 4,8 V), se producirá una reacción violenta dentro del ion de litio, generando un fuerte calor. Esto hace que la presión interna del electrodo positivo de la batería deforme el núcleo de la batería. sobrecarga de bajo nivel, este cambio es único, es decir, un alto nivel de sobrecarga puede causar que la batería se abulte o incluso explote.
Las siguientes son algunas precauciones relacionadas con el circuito de protección de baterías de litio. baterías de iones
1. No intente cortocircuitar directamente la batería de iones de litio para forzar una descarga. Al hacerlo, solo hay dos resultados: uno es que el circuito de protección funciona, entonces, ¿qué sucede? No sucederá. La segunda es que el circuito de protección falle, lo que provocará una sobrecorriente o un cortocircuito directo de la celda de la batería, lo que activará la acción del fusible si no hay un fusible de protección en el interior (muchos de iones de litio de marca). Las baterías no tienen fusible ni PTC), entonces la corriente instantánea de este cortocircuito alcanzará más de diez o incluso decenas de amperios, lo que es suficiente para quemar la placa de circuito y enrojecer los cables. Será aún peor si toca. la piel.
2. No utilice cargadores o cargadores no calificados (no existen. La sobrecarga de baterías de iones de litio requiere un control estricto del voltaje. Un cargador que no lo haga bien provocará una sobrecarga baja del Batería de iones de litio, aunque está protegida por un circuito protector, se ha sobrecargado.
3. No aplique alto voltaje a ambos extremos de la batería. El chip de protección también tiene un límite de resistencia. voltaje, que generalmente es de alrededor de 12 V. Los voltajes más altos a menudo dañarán el chip de protección.
4.
5. Preste atención al entorno de uso de la batería de iones de litio. La humedad, las altas temperaturas y la electricidad estática harán que falle el IC de protección o el Mosfet. recuerde secar la placa principal del teléfono móvil y también la batería de iones de litio, pero no utilice un secador de pelo. Las altas temperaturas (superiores a 60 grados) son perjudiciales para la batería de iones de litio.
El primer punto es muy interesante. Los internautas interesados pueden probar si su circuito de protección es efectivo basándose en la función de protección contra cortocircuitos del circuito de protección de la batería de iones de litio. Finalmente, busque un amperímetro de CC tipo puntero (alrededor de 5 A), directamente. cortocircuite los terminales positivo y negativo de la batería, puede ver que el puntero del amperímetro se moverá
y vuelve rápidamente a cero. Esto significa que el circuito de protección se ha activado con algunas sutilezas. Esta es una forma sencilla y eficaz de detectar si su batería de iones de litio tiene un circuito de protección. Un amperímetro digital también es aceptable, pero debe. Establezca el rango de medición al nivel de amperios más alto (por encima de 2 A).
La discusión anterior trata sobre el circuito de protección de una sola batería de iones de litio, excluyendo los circuitos integrados de protección con más de dos celdas conectadas en serie. Los principios son similares.
En la primera imagen, se dibuja una resistencia de marcado R2. Si esta resistencia es una resistencia de valor fijo convencional, los teléfonos móviles la utilizan para distinguir los tipos de baterías. se puede ver en el menú oculto de los teléfonos móviles Samsung. Sus teléfonos móviles utilizan diferentes resistencias para distinguir baterías con diferentes capacidades (gruesas y delgadas).
Si la batería es un termistor (NTC), entonces. puede indicar la temperatura de la batería al teléfono móvil o al cargador. Por lo tanto, el teléfono móvil o el cargador tiene la capacidad de detectar la temperatura de la batería cuando la temperatura de la batería está fuera del rango (como 0 grados ~ 40 grados). El teléfono móvil o el cargador no cargarán la batería de iones de litio. Esto también es una advertencia para la protección de la batería de iones de litio.
Algunas baterías tendrán más de dos resistencias de identificación (una resistencia convencional y un termistor). ) o un chip de identificación dedicado para realizar esta función. El principio es el mismo. El propósito es garantizar un mejor uso de las baterías de iones de litio.