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，在過度充電狀態下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產生氣體，因內壓上升而導致有發火或破裂的危機。反之，在過度放電狀態下，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度充電及放電狀態時的安全性，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；當有過度充電及放電狀態時，則切換以外掛的Power-MOSFET來保護電池，保護IC的功能為: (1)過度充電保護、(2)過度放電保護、(3)過電流/短路保護。以下就這三項功能的保護動作加以說明

(1) 過度充電：

當鋰電池發生過度充電時,電池內電解質會被分解,使得溫度上升并產生氣體,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用意就是要防止過充電的情形發生。

過度充電保護IC原理：

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

(2) 過度放電：

在過度放電的情形下,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用以保護其過放電的狀況發生, 達成保護動作。

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

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

另外,為了對于脈沖放電之情形,過放偵測設有延遲時間用以預防此種誤動作的發生。

(3) 過電流及短路電流

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

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

公式為：

V-(過電流檢測電壓)=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