電池基系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在蜂窩電話、PDA游戲機(jī)、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。這些系統(tǒng)需要有效的電源管理以便使設(shè)備尺寸和電池壽命最佳化。

電池基電源管理系統(tǒng)包括電池和為系統(tǒng)提供電源的穩(wěn)壓電路。主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：
性能和充電時(shí)間間隔指標(biāo)，要通過有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使電池尺寸最小、重量最輕。
在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供合適的穩(wěn)定輸出電壓，在電池電壓下降時(shí)電池基系統(tǒng)能正常地工作。
要求電源管理系統(tǒng)減小印刷電路板大小。
功率管理系統(tǒng)最小熱耗，應(yīng)消除復(fù)雜的熱管理，熱管理會(huì)增加重量和成本。
電源管理系統(tǒng)最佳化的電路布線，應(yīng)避免電磁干擾。
高可靠性的電源管理系統(tǒng)。

電池選擇為了滿足上述的設(shè)計(jì)目標(biāo)，電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從電池開始。電池類型有一次電池（或非重新充電電池）和可重新充電電池。

一些流行的可重新充電電池包括：

鎳鎘（NiCd）電池具有壽命長，高放電率和價(jià)格便宜。優(yōu)點(diǎn)是簡單的充電特性，能經(jīng)受多次充電/放電。

鎳氫（NiMH）電池：與NiCd電池比具有較高能量密度，但是要以降低壽命為代價(jià)，其能量密度比NiCd高30%~40%。NiMH儲(chǔ)存效應(yīng)比較小。充電時(shí)，NiMH采用更復(fù)雜的充電算法并消耗一些熱量，因此，所需的充電時(shí)間比NiCd長。

鋰離子（Li-ion）電池：具有高能量密度而且重量輕。當(dāng)今鋰電池以單位重量的最大電化學(xué)勢能和最高能量密度而處于電池的中心位置。鋰離子電池是安全的，它在充電和放電時(shí)能提供一定的安全措施。其能量密度是標(biāo)準(zhǔn)NiCd電池的2倍。另外，它具有高容量，其負(fù)載特性是相當(dāng)好的，放電特性類似于NiCd。它相當(dāng)高的電池電壓（2.7~4.2V）使得很多Li-ion電池組只有一個(gè)電池組成。壽命為300充電/放電周期，在500周期為50%容量。然而，Li-ion電池需要保護(hù)電路，保護(hù)電路在充電期間限制每個(gè)電池的峰值電壓，并阻止放電時(shí)電壓下降太低。保護(hù)電路不僅限制最大充電和放電電流，而且監(jiān)控電池溫度。在處理和測試Li-ion電池時(shí)應(yīng)小心短路、過充電、壓碎、敲擊、損壞、穿入、反向極性、暴露在高溫或折開電池。
只用帶設(shè)計(jì)有保護(hù)電路的Li-ion電池。

電池（battery）指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。如太陽能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。

電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力（化學(xué)力）所做的功。電動(dòng)勢取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時(shí)作單位。在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng)勢降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大，其內(nèi)阻越小。

電池的能量儲(chǔ)存有限，電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量，通常用安培小時(shí)作單位，它也是電池的一個(gè)性能參數(shù)。電池的容量與電極物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，即與電極的體積有關(guān)。

實(shí)用的化學(xué)電池可以分成兩個(gè)基本類型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進(jìn)行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能；放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的。

鋰聚合物（Li-Pol）電池：能量密度與Li-ion電池類似，但使用較安全，并且有較好的封裝靈活性。Li-Pol電池與Li-ion不同的地方是制造堅(jiān)固性、安全性和薄外形幾何形狀。不像Li-ion電池那樣，不存在易燃性的危險(xiǎn)。因?yàn)長i-Pol的電極是疊層式的。

一些電池組包含一個(gè)集成IC保護(hù)電路。此IC防止可能導(dǎo)致過熱的大電流。鋰離子電池組中的電池需要單獨(dú)的電壓監(jiān)控。串聯(lián)連接的電池越多，其保護(hù)電路就越復(fù)雜。注意：不要放電低于2.5V的鋰基電池，不然，就切斷電池的保護(hù)電路。

所有的電池都會(huì)自放電。自放電對于鎳基電池是最顯著的。通常在充電之后的第一個(gè)24小時(shí)，鎳基電池放電其容量的10%~15%，其后的放電率是每月10%~15%。Li-ion自放電在第一個(gè)24小時(shí)大約為5%，其后為1%~2%。

電池電路工作原理電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下：

1、正常狀態(tài)在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。7|此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí)，通常小于7μA。

2、過充電保護(hù)鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會(huì)上升到4.2V（根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V），轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。

在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達(dá)到4.28V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

3、過放電保護(hù)電池在對外部負(fù)載放電過程中，其電壓會(huì)隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過程中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.3V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對電池進(jìn)行充電。

由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1μA。在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。

4、過電流保護(hù)由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C（C=電池容量/小時(shí)），當(dāng)電池超過2C電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。電池在對負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進(jìn)行檢測，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U>0.1V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護(hù)作用。

在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長短由C3決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對同樣的控制IC，其過電流保護(hù)值越小。

5、短路保護(hù)電池在對負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U>0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。

以上詳細(xì)闡述了單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路的工作原理，多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的保護(hù)原理與之類似，在此不再贅述，上面電路中所用的控制IC為日本理光公司的R5421系列，在實(shí)際的電池保護(hù)電路中，還有許多其它類型的控制IC，如日本精工的S-8241系列、日本MITSUMI的MM3061系列、臺(tái)灣富晶的FS312和FS313系列、臺(tái)灣類比科技的AAT8632系列等等，其工作原理大同小異，只是在具體參數(shù)上有所差別，有些控制IC為了節(jié)省外圍電路，將濾波電容和延時(shí)電容做到了芯片內(nèi)部，其外圍電路可以很少，如日本精工的S-8241系列。除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。

隨著科技的發(fā)展，便攜式設(shè)備的體積越做越小，而隨著這種趨勢，對鋰離子電池的保護(hù)電路體積的要求也越來越小，在這兩年已出現(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護(hù)IC的產(chǎn)品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的廠家甚至將整個(gè)保護(hù)電路封裝成一顆小尺寸的IC，如MITSUMI公司的產(chǎn)品。