リチウム電池保護の応用原理と対応するトレンチMOSFETの分析

2026,01,16

リチウム電池保護の動作原理の分析

リチウム電池の使用中に、過充電、過放電、過熱、過電流、短絡、永久故障などのいくつかの問題が発生する傾向があります。したがって、リチウム電池を使用する場合には、リチウム電池保護回路を追加する必要があります。リチウム電池保護回路では、充電回路、放電回路、ヒューズ制御回路の 3 つの位置に MOSFET を適用できます。

リチウム電池保護回路の原理分析は次のとおりです (リチウム保護チップ R5421 を例にします)。

R5421 リチウム保護チップは、現在の電圧、電流、時間、および保護回路のその他のパラメーターを検出することにより、電界効果トランジスタのスイッチング状態を制御します。その典型的なアプリケーション回路は次のとおりです。

R5421 チップのピン機能は次のとおりです。

リチウム電池の保護方式の比較

1. 保護IC + MOSFET + ヒューズ

保護ICとMOSFETチューブの組み合わせは、過充電、過放電、過電流、短絡から保護するように設計されています。 FUSE は過熱の問題から保護するために使用されます。ヒューズには、温度ヒューズ、通常電流ヒューズ、遅断電流ヒューズの 3 種類があります。温度ヒューズは、過熱による発火や爆発からバッテリーセルを効果的に保護でき、コストも低くなります。ただし、温度ヒューズは、電流の大きさ、環境温度、回路基板温度、電池セル温度の影響により誤動作する可能性があります。温度ヒューズの回復不可能な特性により、このソリューションの適用には一定の制限があります。

通常の電流ヒューズは安価ですが、バッテリーセルの温度を感知できないため、バッテリーがショートするとヒューズが切れやすくなり、バッテリーが廃棄される可能性があります。このソリューションはローエンドのリチウム電池に適用されます。

低速遮断電流ヒューズの動作時間は、過電流保護用の保護IC + MOSFETチューブの組み合わせよりも長くなります。これにより、保護 IC + MOSFET チューブの組み合わせが、一次保護デバイスとして第一レベルの保護として機能し、過電流時に電流ヒューズの動作が引き起こされないことが保証されます。ただし、この解決策はバッテリーセルの過充電保護には効果的ではありません。

2. 保護IC + MOSFET + PTC/MHP

一次保護 (保護 IC および MOSFET トランジスタを含む) が故障した場合でも、リチウム電池が安全に充電および放電できるようにするために、一連の受動的保護部品が回路に追加されます。これらのコンポーネントは、回復可能なヒューズ (PTC または MHP) を使用してバッテリーセルの温度を検出します。 PTCやMHPは温度が異常に上昇すると、直ちに高抵抗となり、電池の充放電を妨げ、リチウム電池の発火や爆発を防ぎます。

3. デュアル保護IC + MOSFET

保護にデュアルアクティブデバイスを使用すると、保護コンポーネントの信頼性が向上し、保護コンポーネントの故障確率が低減されます。ただし、この保護メカニズムは過熱保護の点ではあまり効果的ではありません。