鋰電池充電保護IC原理

鋰離子電池因能量密度高，使得難以確保電池的安全性。具體而言，在過(guò)度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過(guò)剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內壓上升而導致有發(fā)火或破裂的危機。反之，在過(guò)度放電狀態(tài)下，電解液因分解導致電池特性劣化及耐久性劣化(即充電次數降低)。

鋰離子電池的保護電路就是要確保這樣的過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)的安全性，并防止特性的劣化。鋰離子電池的保護電路是由保護IC、及兩顆Power-MOSFET所構成。其中保護IC為監視電池電壓；當有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)，則切換以外掛的Power-MOSFET來(lái)保護電池，保護IC的功能為: (1)過(guò)度充電保護、(2)過(guò)度放電保護、(3)過(guò)電流/短路保護。以下就這三項功能的保護動(dòng)作加以說(shuō)明

(1) 過(guò)度充電：

當鋰電池發(fā)生過(guò)度充電時(shí),電池內電解質(zhì)會(huì )被分解,使得溫度上升并產(chǎn)生氣體,使得壓力上升而可能引起自燃或爆裂的危機,鋰電池保護IC用意就是要防止過(guò)充電的情形發(fā)生。

過(guò)度充電保護IC原理：

當外部充電器對鋰電池充電時(shí),為防止因溫度上升所導致的內壓上升,需終止充電狀況,此時(shí)保護IC需檢測電池電壓,當到達4.25V時(shí)(假設電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V)及激活過(guò)充電保護,將Power MOS由ON'OFF,進(jìn)而截止充電。另外,過(guò)充電檢出,因噪聲所產(chǎn)生的誤動(dòng)作也是必須要注意的,以免判定為過(guò)充保護,因此需要延遲時(shí)間的設定,而delay time也不能短于噪聲的時(shí)間。

(2) 過(guò)度放電：

在過(guò)度放電的情形下,電解液因分解而導致電池特性劣化,并造成充電次數的降低,鋰電池保護IC用以保護其過(guò)放電的狀況發(fā)生, 達成保護動(dòng)作。

過(guò)度放電保護IC原理：為了防止鋰電池過(guò)度放電之狀態(tài),假設鋰電池接上負載,當鋰電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測點(diǎn)(假設設定為2.3V),將激活過(guò)放電保護,將Power MOS由ON'OFF,進(jìn)而截止放電,達成保護以避免電池過(guò)放電現象發(fā)生, 并將電池保持在低靜態(tài)電流的狀態(tài)(standby mode),此時(shí)耗電為0.1uA

當鋰電池接上充電器,且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)放電電壓時(shí),過(guò)放電保護功能方可解除。

另外,為了對于脈沖放電之情形,過(guò)放偵測設有延遲時(shí)間用以預防此種誤動(dòng)作的發(fā)生。

(3) 過(guò)電流及短路電流

因為不明原因(放電時(shí)或正負極遭金屬物誤觸)造成過(guò)電流或短路電流發(fā)生,為確保安全,使其停止放電。
電流保護IC原理：

當放電電流過(guò)大或短路情況發(fā)生時(shí),保護IC將激活過(guò)(短路)電流保護,此時(shí)過(guò)電流的檢測是將Power MOS的Rds(on)當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形,若比所定的過(guò)電流檢測電壓還高則停止放電,

公式為：

V-(過(guò)電流檢測電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2

假設V-=0.2V, Rds(on)=25mΩ,則保護電流的大小為I=4A