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貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2009-04-24

中心議題:
  • 單節(jié)鋰電池的組成
  • 單節(jié)鋰電池保護(hù)板上保險(xiǎn)絲的選擇
  • 薩特科技用于鋰電池應(yīng)用的保險(xiǎn)絲參考
解決方案:
  • 根據(jù)客戶的線路板決定試用尺寸,一般用1206/0603尺寸。
  • 額定電壓:24V以上
  • 額定電流:一般采用5A
  • 冷電阻:15mΩ以下
  • 安規(guī)要求:UL認(rèn)證
  • 符合RoHS要求和Halogen-Free要求

如今,手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)(攝像機(jī))、PDA、MP3/4…越來(lái)越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為系統(tǒng)電路供電的電源。對(duì)電源的要求注重鋰電池體積要小,能量密度要高,并且無(wú)記憶效應(yīng),還可循環(huán)多次使用等優(yōu)點(diǎn)。然而鋰電池爆炸事故近來(lái)也時(shí)有發(fā)生。2009.1.30 廣州越秀區(qū)東華南路聯(lián)想電腦專賣店內(nèi)發(fā)生一起手機(jī)鋰電池爆炸事件,店內(nèi)一名年輕男子頸部大動(dòng)脈破裂,當(dāng)場(chǎng)死亡。所以對(duì)于鋰電池的安全性也越來(lái)越引起人們的重視。鋰電池保護(hù)板選擇合適的貼片保險(xiǎn)絲也就顯得非常重要了。

一,單節(jié)鋰電池的組成:
鋰電池主要由電芯和電池保護(hù)板組成(如圖2)




鋰電池保護(hù)板主要功能:1.過(guò)度充電保護(hù),2.過(guò)度放電保護(hù),3.過(guò)電流/短路保護(hù)
鋰電池保護(hù)板主要元器件:1.保護(hù)IC 2.MOSFET 3.SMD FUSE

二,單節(jié)鋰電池保護(hù)板上保險(xiǎn)絲的選擇:
  • 封裝:根據(jù)客戶的線路板決定試用尺寸,一般用1206/0603尺寸。
  • 額定電壓:24V以上
  • 額定電流:一般采用5A(要考慮到保險(xiǎn)絲在鋰電池保護(hù)板上是2次保護(hù),所以要考慮到保護(hù)IC的保護(hù)延遲時(shí)間來(lái)確定保險(xiǎn)絲的熔斷時(shí)間)
  • 冷電阻:15mΩ以下
  • 安規(guī)要求:UL認(rèn)證
  • 符合RoHS要求和Halogen-Free要求
下面舉2個(gè)例子來(lái)說(shuō)明保險(xiǎn)絲的選擇。

舉例1:某單節(jié)鋰電池保護(hù)板電路圖如圖3,保護(hù)IC采用SII(精工) S8261ACJ,基本參數(shù)如圖4. 采用的MOS管為BF9028DNJ / BF9028DNJ-A ,部分參數(shù)如圖5.






A:保護(hù)電路工作正常。
保護(hù)IC過(guò)電流保護(hù)原理:電流當(dāng)放電電流過(guò)大或短路情況發(fā)生時(shí),保護(hù)IC將激活過(guò)(短路)電流保護(hù),此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將Power MOS的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形,若比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電。

根據(jù)公式V-(過(guò)電流檢測(cè)電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2’可以算出放電電流達(dá)到多少保護(hù)IC開(kāi)始進(jìn)行保護(hù)作用。

1:短路保護(hù)情況:
當(dāng)過(guò)電流檢測(cè)電壓 0.9V,MOS管內(nèi)阻取最大值時(shí)候,可以檢測(cè)過(guò)電流將為最小值。算出此時(shí)過(guò)電流值為15A ,此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間320us;當(dāng)過(guò)電流檢測(cè)電壓 1.5V,MOS管內(nèi)阻取最小值時(shí)候,可以檢測(cè)過(guò)電流將為最大值。算出此時(shí)過(guò)電流值為46.875A,此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間380us。結(jié)論1:需求保險(xiǎn)絲在46.875A時(shí)候熔斷時(shí)間要大于380us,才能保證短路保護(hù)情況下保險(xiǎn)絲不會(huì)先于保護(hù)IC熔斷。

B:保護(hù)電路工作異常。


此時(shí)保護(hù)IC對(duì)短路不能起到保護(hù)作用,當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)候需要保險(xiǎn)絲快速熔斷。
考慮因素如下:
  • 電芯電壓:3.8~4.2V
  • 電芯內(nèi)阻: <150mΩ
  • 保護(hù)板內(nèi)阻:MOS管內(nèi)阻+保險(xiǎn)絲內(nèi)阻(15mΩ)+PCB板內(nèi)阻(10mΩ)
  • 短路負(fù)載內(nèi)阻:0~100mΩ
  • 要考慮保險(xiǎn)絲的快速熔斷,所以就考慮短路電流的最小值,可以算出短路電流最小值11A。
結(jié)論2:此要求保險(xiǎn)絲在11A電流情況下快速熔斷。

綜合A,B兩種情況,此保護(hù)板上選用SART S0603-F-5.0A 可以滿足要求。

舉例2:某鋰電池保護(hù)板上采用保護(hù)IC為 MM3177,MOSFET為AO8810
A:我們也可以用示波器測(cè)試其保護(hù)IC的短路保護(hù)延遲時(shí)間。
短路情況:多次短路測(cè)試發(fā)現(xiàn)保護(hù)IC(MM3177)能很好的起到短路保護(hù)作用,短路延遲時(shí)間11.4 ms。短路其短路電流情況如圖7(多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)每次短路延遲時(shí)間變化微小,取其中較大的一次),此時(shí)測(cè)試到短路電流為16.4A。


根據(jù)測(cè)試情況,此款電池保護(hù)板采用的保護(hù)IC(MM3177)在做輸出短路保護(hù)時(shí)候有一個(gè)保護(hù)延遲時(shí)間,從測(cè)試來(lái)看短路電流在15A~20A時(shí)候,MM3177的短路保護(hù)延遲時(shí)間為10ms~13ms。

1.測(cè)試S0603-B-5.0A保險(xiǎn)絲在20A熔斷時(shí)間如下表1


2.從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看S0603-B-5.0A在20A先熔斷時(shí)間大于保護(hù)IC MM3177同電流情況下保護(hù)延遲時(shí)間(11ms~13ms)。
3.此電池保護(hù)板(采用MM3177)上采用S0603-B-5.0A保險(xiǎn)絲,能更好的起到保護(hù)作用。

從實(shí)例1,2可以看出,單節(jié)鋰電池上選擇保險(xiǎn)絲需要考慮到保護(hù)IC的短路保護(hù)時(shí)間。

三,薩特科技用于鋰電池應(yīng)用的保險(xiǎn)絲參考
南京薩特科技發(fā)展有限公司專注于貼片保險(xiǎn)絲的研發(fā)和生產(chǎn),重視鋰電池市場(chǎng)對(duì)保險(xiǎn)絲的要求,相繼推出了 S0603-F-5.0A , S0603-BA-5.0A , S0603-B-5.0A等系列應(yīng)用與單節(jié)鋰電池上的保險(xiǎn)絲。在市場(chǎng)上占據(jù)了一席之地,薩特鋰電池的客戶有比亞迪,德賽電池,飛毛腿電池等。
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