Análisis del principio de aplicación de la protección de baterías de litio y el MOSFET de trinchera correspondiente

2026,01,16

Análisis del principio de funcionamiento de la protección de baterías de litio

Durante el uso de baterías de litio, es probable que ocurran varios problemas: sobrecarga, sobredescarga, sobretemperatura, sobrecorriente, cortocircuito y falla permanente. Por lo tanto, se deben agregar circuitos de protección de baterías de litio en la aplicación de baterías de litio. En el circuito de protección de la batería de litio, MOSFET se puede aplicar en tres posiciones: el circuito de carga, el circuito de descarga y el circuito de control FUSE.

El análisis principal del circuito de protección de la batería de litio es el siguiente (tomando el chip de protección de litio R5421 como ejemplo):

El chip de protección de litio R5421 controla el estado de conmutación del transistor de efecto de campo detectando el voltaje actual, la corriente, el tiempo y otros parámetros del circuito de protección. Su circuito de aplicación típico es el siguiente:

Las funciones de los pines del chip R5421 se describen a continuación:

Comparación de esquemas de protección de baterías de litio

1. Protección IC + MOSFET + fusible

La combinación de protección IC y tubo MOSFET está diseñada para proteger contra sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente y cortocircuitos. El FUSIBLE se utiliza para proteger contra problemas de sobrecalentamiento. Hay tres tipos de FUSIBLES: fusible térmico, fusible de corriente ordinaria y fusible de corriente de ruptura lenta. El fusible térmico puede proteger eficazmente la celda de la batería contra incendios y explosiones debido al sobrecalentamiento y tiene un costo menor. Sin embargo, debido a la influencia del tamaño de la corriente, la temperatura ambiental, la temperatura de la placa de circuito y la temperatura de la celda de la batería, el fusible térmico es propenso a fallar. La característica de no recuperación del fusible térmico hace que la aplicación de esta solución tenga ciertas limitaciones.

Los fusibles de corriente comunes son económicos, pero debido a que no pueden detectar la temperatura de la celda de la batería, cuando la batería sufre un cortocircuito, el fusible es propenso a quemarse, lo que provoca que la batería se deseche. Esta solución se aplica en baterías de litio de gama baja.

El tiempo de acción del fusible de corriente de ruptura lenta es mayor que el de la combinación de protección IC + tubo MOSFET para protección contra sobrecorriente. Esto garantiza que la combinación de protección IC + tubo MOSFET, como dispositivo de protección principal, funcione como el primer nivel de protección y no active la acción del fusible actual durante una sobrecorriente. Sin embargo, esta solución no es eficaz para proteger la celda de la batería contra sobrecargas.

2. Protección IC + MOSFET + PTC/MHP

Para garantizar que la batería de litio pueda cargarse y descargarse de forma segura incluso cuando falla la protección primaria (incluido el IC de protección y el transistor MOSFET), se agrega un conjunto de componentes de protección pasiva al circuito. Estos componentes utilizan fusibles recuperables (PTC o MHP) para detectar la temperatura de la celda de la batería. Cuando la temperatura aumenta anormalmente, el PTC o MHP inmediatamente se vuelve altamente resistivo, bloqueando la carga y descarga de la batería, evitando así que la batería de litio se incendie o explote.

3. IC de doble protección + MOSFET

El uso de dispositivos activos duales para protección puede mejorar la confiabilidad de los componentes de protección y reducir la probabilidad de falla de los componentes de protección. Sin embargo, este mecanismo de protección no es muy eficaz en términos de protección contra sobrecalentamiento.

Independientemente de la causa, el incendio y la explosión de baterías de litio se caracterizan por un fuerte aumento de la temperatura de la batería. Sin componentes pasivos (PTC/MHP) para detectar la temperatura de la batería, incluso con protección dual, no se puede evitar que la batería se incendie y explote.

El circuito de protección dual reduce significativamente la probabilidad de que se produzcan sobrecargas, sobredescargas, cortocircuitos, etc., pero no tiene ningún efecto sobre los problemas inherentes de la batería.

Según la comparación de los diversos esquemas anteriores, el esquema de protección IC + tubo MOSFET + PTC/MHP es más efectivo para prevenir el incendio y la explosión de baterías de litio. Este esquema es el más utilizado y tiene el mayor costo-rendimiento.