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    基于ICL7107的鋰離子電池保護板漏電流測試儀

    鉅大LARGE  |  點擊量:1553次  |  2020年04月28日  

    引言

    在便攜式應用場合,迫切要有容量高、體積小、重量輕的電池。目前,在一次、二次電池中,鋰離子電池已經取代鎳鎘、鎳氫電池得到了廣泛的應用。但鋰離子電池存在“對過充電、過放電的耐受力差”的缺點,所以,鋰離子電池都必須配有保護電路板,對鋰離子電池的過充電、過放電起保護用途。保護板由鋰離子電池供電,正常耗漏電流為2μA~3μA,假如保護板的漏電流超過5μA,將引起電池存儲壽命縮短,嚴重時可使電池損壞。因此,迫切要一種測試儀對鋰離子電池保護板漏電流進行檢測。


    本研究利用集成電路ICL7107設計鋰離子電池保護板漏電流快速檢測儀。


    1、保護電路漏電流過大的危害分析1.1、保護電路分析

    鋰離子電池保護電路原理圖如圖1所示。圖中U1采用日本理光R5421N151F鋰離子電池保護芯片,U2采用三洋FTD2017金屬氧化物半導體管(MOST)。當鋰離子電池在工作過程中出現過充、過放、過流、短路等異常情況時,U2作為開關器件,將迅速切斷電路,以保證鋰離子電池的安全。


    圖1鋰離子電池保護電路原理圖


    1.2、出現漏電流的環節

    由圖1可知,鋰離子電池保護電路出現的漏電流包含以下3個環節:①電容C1出現的漏電流;②R5421N151F芯片的內部工作電流;③FTD2017金屬氧化物半導體管出現的漏電流。


    當電容C1出現過大的漏電流,或R5421N151F芯片異常出現過大的內部工作電流,或FTD2017晶體管G-S靜電擊穿,或pCB線路板銅箔因距離近引起走線短路時,保護電路將出現過大的漏電流。


    1.3、漏電流過大的危害分析

    從圖1可知,保護板接在電池兩端。當保護板自身漏電流過大時,一方面保護板本身無法對系統起有效保護用途;另一方面將使鋰離子電池存儲壽命縮短,嚴重時可使電池損壞。據統計,保護板漏電流過大,約占總量3‰左右。由于保護板漏電流過大具有很大的隱蔽性,一般須經3~6個月的使用后才能發覺,如鋰離子電池的價格以20元/塊、產量以10000塊/天計算,將造成鋰離子電池生產廠家每天600元的損失,一年將出現20萬元的退貨,并造成負面的信譽影響。


    2、保護板漏電流測試原理分析2.1、測試儀工作原理

    測試儀由基準電路、測試電壓電路、比較電路、數顯312/微安表、報警電路等部分組成,其原理圖如圖2所示。


    圖2保護板漏電流測試儀原理圖


    基準電路:R1,DW1組成2.5V的低溫飄高穩定電壓信號源,經R2,W1分壓,得到約5mV的基準電壓。基準電壓加比較電路LM358的反相輸入端。


    測試電壓電路:本測試儀按鋰離子電池的工作電壓為4.2V設計,經DW2穩壓,通過調整W2獲得4.2V電壓,作為保護板測試電壓。


    保護板測試用電壓通過OUT+,OUT-插座和測試表筆,加到保護板兩端,保護板漏電流通過電阻R7出現一個電壓降:


    UR7=I漏&TImes;R7=XμA&TImes;(1&TImes;103)Ω=XmV(假設漏電流為xμA)


    漏電流在電阻R7上出現的電壓降,同時通過電阻R3,電容C4濾波,加在LM358的同相輸入端,與5mV的基準端比較,當漏電流較大,在R7上形成的壓降超過5mV,LM358的同相輸入端電壓超過反相輸入端,輸出端電位變高,驅動9013,帶動蜂鳴器出現聲音告警信號。


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