鋰離子電池的保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-21 20:47
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近年來，越來越多的產(chǎn)品如pda、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、便攜式音頻設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備等都采用鋰電池作為主電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、電池電壓高、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。與鎳鎘和鎳氫電池不同，鋰電池在充放電過程中必須考慮安全性，以防止其性能惡化。鋰電池的過充、過放電、過流和短路保護(hù)是非常重要的，因此通常在電池組中設(shè)計(jì)保護(hù)電路來保護(hù)鋰電池。
由于鋰離子電池能量密度高，很難保證電池的安全性。在過充狀態(tài)下，電池的能量會(huì)隨著溫度的升高而過剩，所以電解液會(huì)分解產(chǎn)生氣體，這會(huì)引起自燃或內(nèi)壓升高而破裂的危險(xiǎn)；相反，在過充狀態(tài)下，電解液會(huì)分解，導(dǎo)致電池性能和耐久性下降，從而減少充電次數(shù)。
鋰離子電池的保護(hù)電路是為了保證這種過充放電狀態(tài)的安全，防止特性的惡化。鋰離子電池的保護(hù)電路由保護(hù)芯片和兩個(gè)功率mosfet組成。保護(hù)芯片監(jiān)控電池電壓，切換到外部功率mosfet，在電池過充放電狀態(tài)下保護(hù)電池。保護(hù)芯片的功能包括過充保護(hù)、過充保護(hù)和過流短路保護(hù)。
一、過充保護(hù)
過充保護(hù)芯片的原理是：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為了防止溫度升高引起的內(nèi)部壓力升高，需要終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)芯片需要檢測(cè)電池電壓。當(dāng)電壓達(dá)到4.25V（假設(shè)電池過充電點(diǎn)為4.25V）時(shí)，啟動(dòng)過充電保護(hù)，將功率mosfet從開到關(guān)，然后切斷充電。
此外，還要注意檢測(cè)噪聲引起的過充誤動(dòng)作，避免過充保護(hù)。因此，需要設(shè)置延遲時(shí)間，并且延遲時(shí)間不能短于噪聲的持續(xù)時(shí)間。
二。過放電保護(hù)
在過度放電的情況下，電解液的分解會(huì)導(dǎo)致電池性能的惡化和充電時(shí)間的縮短。采用鋰電池對(duì)集成電路進(jìn)行保護(hù)，可以避免過放電，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能。
過放電保護(hù)IC原理：為防止鋰電池的過放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池與負(fù)載相連，當(dāng)鋰電池電壓低于其過放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假設(shè)為2.3V）時(shí)，啟動(dòng)過放電保護(hù)。并將功率mosfet從開到關(guān)切斷放電，避免電池的過放電現(xiàn)象，使電池保持在低靜電流狀態(tài)。在機(jī)器模式下，此時(shí)電流僅為0.1μA。
當(dāng)鋰電池與充電器連接，鋰電池電壓高于過放電電壓時(shí)，可解除過放電保護(hù)功能。另外，考慮到脈沖放電的情況，過放電檢測(cè)電路具有一定的延時(shí)，以避免誤操作。
三、過電流和短路電流
過電流或短路是由未知原因引起的（正負(fù)極與金屬物體的放電或錯(cuò)誤接觸）。為了確保安全，必須立即停止排放。
過流保護(hù)芯片的原理是當(dāng)放電電流過大或發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)芯片將啟動(dòng)過流保護(hù)。此時(shí)，過電流的檢測(cè)是使用功率mosfet的rds（on）作為電感阻抗來監(jiān)測(cè)電壓降。如果電壓高于確定的過電流檢測(cè)電壓，放電將停止。計(jì)算公式如下：
V-=I×Rds（開）×2（V-為過電流檢測(cè)電壓，I為放電電流）
假設(shè)V-=0.2V，rds（on）=25mΩ，保護(hù)電流為I=4a。
同樣，過流檢測(cè)還必須設(shè)置一個(gè)延遲時(shí)間，以防止在突然流入電流時(shí)誤操作。
通常在過流發(fā)生后，如果過流系數(shù)可以消除（例如，它將立即從負(fù)載中分離出來），它的正常狀態(tài)將被恢復(fù)
