鋰離子電池保護電路的原理和特性要求

鋰電池最早出現的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生，使用以下反應：Li+MnO2=LiMnO2該反應為氧化還原反應，放電。鋰電池大致可分為兩類(lèi)：鋰金屬電池和鋰離子電池。具體有聚合物電池、鋰離子電池、方型鋰離子電池多種，下面我們具體來(lái)看看鋰離子電池。

　　鋰離子電池保護電路包括過(guò)度充電保護、過(guò)電流/短路保護和過(guò)放電保護，要求過(guò)充電保護高精密度、保護IC功耗低、高耐壓以及零伏可充電等特性。本文詳細介紹了這三種保護電路的原理、新功能和特性要求。

　　近年來(lái)，PDA、數字相機、手機、可攜式音訊設備和藍芽設備等越來(lái)越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池必須考慮充電、放電時(shí)的安全性，以防止特性劣化。針對鋰電池的過(guò)充、過(guò)度放電、過(guò)電流及短路保護很重要，所以通常都會(huì )在電池包內設計保護線(xiàn)路用以保護鋰電池。

　　由于鋰離子電池能量密度高，因此難以確保電池的安全性。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，因內壓上升而產(chǎn)生自燃或破裂的危險；反之，在過(guò)度放電狀態(tài)下，電解液因分解導致電池特性及耐久性劣化，因而降低可充電次數。

　　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，并防止特性劣化。鋰離子電池的保護電路是由保護IC及兩顆功率MOSFET所構成，其中保護IC監視電池電壓，當有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)切換到以外掛的功率MOSFET來(lái)保護電池，保護IC的功能有過(guò)度充電保護、過(guò)度放電保護和過(guò)電流/短路保護。

　　一、過(guò)度充電保護

　　過(guò)度充電保護IC的原理為：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，需終止充電狀態(tài)。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）即激活過(guò)度充電保護，將功率MOSFET由開(kāi)轉為切斷，進(jìn)而截止充電。

　　另外，還必須注意因噪音所產(chǎn)生的過(guò)度充電檢出誤動(dòng)作，以免判定為過(guò)充保護。因此，需要設定延遲時(shí)間，并且延遲時(shí)間不能短于噪音的持續時(shí)間。

　　二、過(guò)度放電保護

　　在過(guò)度放電的情況下，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。采用鋰電池保護IC可以避免過(guò)度放電現象產(chǎn)生，實(shí)現電池保護功能。

　　過(guò)度放電保護IC原理：為了防止鋰電池的過(guò)度放電狀態(tài)，假設鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低于其過(guò)度放電電壓檢測點(diǎn)（假定為2.3V）時(shí)將激活過(guò)度放電保護，使功率MOSFET由開(kāi)轉變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免電池過(guò)度放電現象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式，此時(shí)的電流僅0.1μA.

　　當鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測電路設有延遲時(shí)間以避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。

　　三、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，為確保安全，必須使其立即停止放電。

　　過(guò)電流保護IC原理為，當放電電流過(guò)大或短路情況產(chǎn)生時(shí)，保護IC將激活過(guò)（短路）電流保護，此時(shí)過(guò)電流的檢測是將功率MOSFET的Rds（on） 當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形，如果比所定的過(guò)電流檢測電壓還高則停止放電，運算公式為：