锂电池保护对短路保护的秘诀

锂电池保护板想必大家都不陌生，其作用大家都明白，那就是对锂电池组或者单节锂电池进行一个过充过放以及短路的保护，从而避免了我们一些不必要的损失，今天国人创发就和大家一起来了解一下锂电池保护对短路保护的秘诀是什么？我们以在动力自行车中的应用为例，主要有哪些呢？（1）短路电流大 在电动车中，磷酸铁锂电池的电压一般为36V或48V，短路电流随电池的容量、内阻、线路的寄生电感、短路时的接触电阻变化而变化，通常为几百甚至上千安培。（2）短路保护时间不能太短 在应用过程中，为防止瞬态的过载使短路保护电路误动作，因此，短路保护电路具有一定的延时。且由于电流检测电阻的误差、电流检测信号和系统响应的延时，通常，根据不同的应用，将短路保护时间设置在200μS至1000μS，这要求功率MOSFET在高的短路电流下，能够在此时间内安全的工作，这也提高了系统的设计难度 锂电池短路保护 ，当短路保护工作时，功率MOSFET一般经过三个工作阶段：完全导通、关断、雪崩，如图2所示，其中VGS为MOSFET驱动电压，VDS为MOSFET漏极电压，ISC为短路电流，图2(b)为图2(a)中关断期间的放大图。1）完全导通阶段 如图2(a)所示，短路刚发生时，MOSFET处于完全导通状态，电流迅速上升至最大电流，在这个过程，功率MOSFET承受的功耗为PON=ISC2*RDS(on)，所以具有较小RDS(on)的MOSFET功耗较低。 功率MOSFET的跨导Gfs也会影响功率MOSFET的导通损耗。当MOSFET的Gfs较小且短路电流很大时，MOSFET将工作在饱和区，其饱和导通压降很大，如图3所示，MOSFET的VDS(ON)在短路时达到14.8V，MOSFET功耗会很大，从而导致MOSFET因过功耗而失效。如果MOSFET没有工作在饱和区，则其导通压降应该只有几伏，如图2(a)中的VDS所示。2）关断阶段 如图2(b)所示，保护电路工作后，开始将MOSFET关断，在关断过程中MOSFET消耗的功率为POFF=V*I，由于关断时电压和电流都很高，所以功率很大，通常会达到几千瓦以上，因此MOSFET很容易因瞬间过功率而损坏。同时，MOSFET在关断期间处于饱和区，容易发生各单元间的热不平衡从而导致MOSFET提前失效。提高关断的速度，可以减小关断损耗，但这会产生另外的问题。MOSFET的等效电路如图4所示，其包含了一个寄生的三极管。在MOSFET短路期间，电流全部通过MOSFET沟道流过，当MOSFET快速关断时，其部分电流会经过Rb流过，从而增加三极管的基极电压，使寄生三极管导通，MOSFET提前失效。 因此，要选取合适的关断速度。由于不同MOSFET承受的关断速率不同，需要通过实际的测试来设置合适的关断速度。图5(a)为快速关断波形，关断时通过三极管快速将栅极电荷放掉从而快速关断MOSFET。图5(b)为慢速关断电路，在回路中串一只电阻来控制放电速度，增加电阻可以减缓关断速度。锂电池产业链企业推广，锂电网（li-b.cn）欢迎投稿。