鋰離子電池保護電路的原理和特性要求

鋰電池最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生，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：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，下面我們具體來看看鋰離子電池。

　　鋰離子電池保護電路包括過度充電保護、過電流/短路保護和過放電保護，要求過充電保護高精密度、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，PDA、數(shù)字相機、手機、可攜式音訊設備和藍芽設備等越來越多的產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，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池必須考慮充電、放電時的安全性，以防止特性劣化。針對鋰電池的過充、過度放電、過電流及短路保護很重要，所以通常都會在電池包內設計保護線路用以保護鋰電池。

　　由于鋰離子電池能量密度高，因此難以確保電池的安全性。在過度充電狀態(tài)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，因內壓上升而產生自燃或破裂的危險；反之，在過度放電狀態(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(shù)。

　　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(tài)時的安全性，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(jiān)視電池電壓，當有過度充電及放電狀態(tài)時切換到以外掛的功率MOSFET來保護電池，保護IC的功能有過度充電保護、過度放電保護和過電流/短路保護。

　　一、過度充電保護

　　過度充電保護IC的原理為：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，需終止充電狀態(tài)。此時，保護IC需檢測電池電壓，當?shù)竭_4.25V時（假設電池過充點為4.25V）即激活過度充電保護，將功率MOSFET由開轉為切斷，進而截止充電。

　　另外，還必須注意因噪音所產生的過度充電檢出誤動作，以免判定為過充保護。因此，需要設定延遲時間，并且延遲時間不能短于噪音的持續(xù)時間。

　　二、過度放電保護

　　在過度放電的情況下，電解液因分解而導致電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低。采用鋰電池保護IC可以避免過度放電現(xiàn)象產生，實現(xiàn)電池保護功能。

　　過度放電保護IC原理：為了防止鋰電池的過度放電狀態(tài)，假設鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低于其過度放電電壓檢測點（假定為2.3V）時將激活過度放電保護，使功率MOSFET由開轉變?yōu)榍袛喽刂狗烹姡员苊怆姵剡^度放電現(xiàn)象產生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式，此時的電流僅0.1μA.

　　當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高于過度放電電壓時，過度放電保護功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過放電檢測電路設有延遲時間以避免產生誤動作。

　　三、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，為確保安全，必須使其立即停止放電。

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