鋰離子電池保護(hù)電路的原理和特性要求

鋰電池最早出現(xiàn)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(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。鋰電池大致可分為兩類：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(hù)電路包括過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)電流/短路保護(hù)和過(guò)放電保護(hù)，要求過(guò)充電保護(hù)高精密度、保護(hù)IC功耗低、高耐壓以及零伏可充電等特性。本文詳細(xì)介紹了這三種保護(hù)電路的原理、新功能和特性要求。

　　近年來(lái)，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、可攜式音訊設(shè)備和藍(lán)芽設(shè)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(yīng)、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(duì)鋰電池的過(guò)充、過(guò)度放電、過(guò)電流及短路保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)線路用以保護(hù)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(nèi)壓上升而產(chǎn)生自燃或破裂的危險(xiǎn)；反之，在過(guò)度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，因而降低可充電次數(shù)。

　　鋰離子電池的保護(hù)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(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率MOSFET所構(gòu)成，其中保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓，當(dāng)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(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)度放電保護(hù)和過(guò)電流/短路保護(hù)。

　　一、過(guò)度充電保護(hù)

　　過(guò)度充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)（假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V）即激活過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)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(hù)。因此，需要設(shè)定延遲時(shí)間，并且延遲時(shí)間不能短于噪音的持續(xù)時(shí)間。

　　二、過(guò)度放電保護(hù)

　　在過(guò)度放電的情況下，電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低。采用鋰電池保護(hù)IC可以避免過(guò)度放電現(xiàn)象產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能。

　　過(guò)度放電保護(hù)IC原理：為了防止鋰電池的過(guò)度放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)度放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假定為2.3V）時(shí)將激活過(guò)度放電保護(hù)，使功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹姡员苊怆姵剡^(guò)度放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅0.1μA.

　　當(dāng)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(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)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?yàn)椴幻髟颍ǚ烹姇r(shí)或正負(fù)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(hù)IC原理為，當(dāng)放電電流過(guò)大或短路情況產(chǎn)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(guò)（短路）電流保護(hù)，此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將功率MOSFET的Rds（on） 當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，如果比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，運(yùn)算公式為：