鋰電池保護IC工作原理

 

 

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?shù)竭_4.25V時(假設電池過充點為4.25V)及激活過充電保護，將PowerMOS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delaytime也不能短于噪聲的時間。

 

 

1.充電時的過電流保護

 

 

當連接充電器進行充電時突然產生過電流（如充電器損壞），電路立即進行過電流檢測，此時Cout將由高轉為低，功率MOSFET由開轉為切斷，實現(xiàn)保護功能。

 

 

V-=I&TImes；Rds（on）&TImes；

 

 

（I是充電電流；Vdet4，過電流檢測電壓，Vdet4為-0.1V）

 

 

2.過度充電時的鎖定模式

 

 

通常保護IC在過度充電保護時將經(jīng)過一段延遲時間，然后就會將功率MOSFET切斷以達到保護的目的，當鋰電池電壓一直下降到解除點（過度充電滯后電壓）時就會恢復，此時又會繼續(xù)充電→保護→放電→充電→放電。這種狀態(tài)的安全性問題將無法獲得有效解決，鋰電池將一直重復著充電→放電→充電→放電的動作，功率MOSFET的柵極將反復地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會使MOSFET變熱，還會降低電池壽命，因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護電路在檢測到過度充電保護時有鎖定模式，MOSFET將不會變熱，且安全性相對提高很多。

 

 

在過度充電保護之后，只要充電器連接在電池包上，此時將進入過充鎖定模式。此時，即使鋰電池電壓下降也不會產生再充電的情形，將充電器移除并連接負載即可恢復充放電的狀態(tài)。

 

 

3.減少保護電路組件尺寸

 

 

將過度充電和短路保護用的延遲電容器整合在到保護IC里面，以減少保護電路組件尺寸。

 

 

對保護IC性能的要求

 

 

鋰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，并防止特性的劣化。鋰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(jiān)視電池電壓；當有過度充電及放電狀態(tài)時，則切換以外掛的Power-MOSFET來保護電池，保護IC的功能為：過度充電保護、過度放電保護、過電流/短路保護。

 

 

(1)過度充電：當鋰電池發(fā)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(fā)生。

 

 

(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(shù)的降低，鋰電池保護IC用以保護其過放電的狀況發(fā)生，達成保護動作。以避免電池過放電現(xiàn)象發(fā)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的狀態(tài)(standbymode)，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(fā)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(fā)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(fā)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PowerMOS的Rds(on)當成感應阻抗用以監(jiān)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同樣的，過電流檢出也必須要設有延遲時間以防有突然的電流流入時，會發(fā)生誤動作，使其發(fā)生保護的誤動作。通常在過電流發(fā)生后，若能移除過電流之因素(例如：馬上與負載脫離)，就會回復其正常狀態(tài)，可以再實行正常的充放電動作。