Análise do Princípio de Aplicação de Proteção de Bateria de Lítio e MOSFET de Trincheira Correspondente

2026,01,16

Análise do Princípio de Funcionamento da Proteção de Baterias de Lítio

Durante o uso de baterias de lítio, vários problemas podem ocorrer: sobrecarga, descarga excessiva, sobretemperatura, sobrecorrente, curto-circuito e falha permanente. Portanto, circuitos de proteção de bateria de lítio devem ser adicionados na aplicação de baterias de lítio. No circuito de proteção da bateria de lítio, o MOSFET pode ser aplicado em três posições: o circuito de carga, o circuito de descarga e o circuito de controle FUSE.

A análise principal do circuito de proteção da bateria de lítio é a seguinte (tomando o chip de proteção de lítio R5421 como exemplo):

O chip de proteção de lítio R5421 controla o estado de comutação do transistor de efeito de campo detectando a tensão atual, corrente, tempo e outros parâmetros do circuito de proteção. Seu circuito típico de aplicação é o seguinte:

As funções dos pinos do chip R5421 são descritas a seguir:

Comparação de esquemas de proteção de bateria de lítio

1. Proteção IC + MOSFET + fusível

A combinação de proteção IC e tubo MOSFET é projetada para proteger contra sobrecarga, descarga excessiva, sobrecorrente e curto-circuitos. O FUSE é usado para proteger contra problemas de superaquecimento. Existem três tipos de FUSE: fusível térmico, fusível de corrente comum e fusível de corrente de interrupção lenta. O fusível térmico pode proteger eficazmente a célula da bateria contra incêndio e explosão devido ao superaquecimento e tem um custo menor. No entanto, devido à influência do tamanho da corrente, temperatura ambiente, temperatura da placa de circuito e temperatura da célula da bateria, o fusível térmico está sujeito a mau funcionamento. A característica não recuperável do fusível térmico faz com que a aplicação desta solução tenha certas limitações.

Os fusíveis de corrente comuns são baratos, mas como não conseguem detectar a temperatura da célula da bateria, quando a bateria entra em curto, o fusível pode queimar, resultando no descarte da bateria. Esta solução é aplicada em baterias de lítio de baixo custo.

O tempo de ação do fusível de corrente de interrupção lenta é maior que o da combinação de tubo IC + MOSFET de proteção para proteção contra sobrecorrente. Isso garante que a combinação de tubo de proteção IC + MOSFET, como dispositivo de proteção primário, funcione como o primeiro nível de proteção e não acione a ação do fusível de corrente durante sobrecorrente. Contudo, esta solução não é eficaz para a protecção contra sobrecarga da célula da bateria.

2. Proteção IC + MOSFET + PTC/MHP

Para garantir que a bateria de lítio possa carregar e descarregar com segurança mesmo quando a proteção primária (incluindo o IC de proteção e o transistor MOSFET) falhar, um conjunto de componentes de proteção passiva é adicionado ao circuito. Esses componentes utilizam fusíveis recuperáveis (PTC ou MHP) para detectar a temperatura da célula da bateria. Quando a temperatura aumenta anormalmente, o PTC ou MHP torna-se imediatamente altamente resistivo, bloqueando a carga e a descarga da bateria, evitando assim que a bateria de lítio pegue fogo ou exploda.

3. Proteção dupla IC + MOSFET

O uso de dispositivos ativos duplos para proteção pode aumentar a confiabilidade dos componentes de proteção e reduzir a probabilidade de falha dos componentes de proteção. No entanto, este mecanismo de protecção não é muito eficaz em termos de protecção contra sobretemperatura.

Independentemente da causa, o incêndio e a explosão das baterias de lítio são caracterizados por um aumento acentuado na temperatura da bateria. Sem componentes passivos (PTC/MHP) para detectar a temperatura da bateria, mesmo com proteção dupla, não é possível evitar que a bateria pegue fogo e exploda.

O circuito de proteção dupla reduz significativamente a probabilidade de ocorrência de sobrecarga, descarga excessiva, curto-circuito, etc., mas não tem efeito sobre os problemas inerentes da bateria.

Com base na comparação dos vários esquemas acima, o esquema de proteção IC + tubo MOSFET + PTC/MHP é mais eficaz na prevenção de incêndio e explosão de baterias de lítio. Este esquema é o mais amplamente utilizado e tem o desempenho de custo mais alto.