鋰電池充電保護IC原理

鋰離子電池因能量密度高，使得難以確保電池的安全性。具體而言，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(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而導(dǎo)致有發(fā)火或破裂的危機。反之，在過度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性劣化及耐久性劣化(即充電次數(shù)降低)。

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，并防止特性的劣化。鋰離子電池的保護電路是由保護IC、及兩顆Power-MOSFET所構(gòu)成。其中保護IC為監(jiān)視電池電壓；當(dāng)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: (1)過度充電保護、(2)過度放電保護、(3)過電流/短路保護。以下就這三項功能的保護動作加以說明

(1) 過度充電：

當(dāng)鋰電池發(fā)生過度充電時,電池內(nèi)電解質(zhì)會被分解,使得溫度上升并產(chǎn)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。

過度充電保護IC原理：

當(dāng)外部充電器對鋰電池充電時,為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升,需終止充電狀況,此時保護IC需檢測電池電壓,當(dāng)?shù)竭_4.25V時(假設(shè)電池過充點為4.25V)及激活過充電保護,將Power MOS由ON'OFF,進而截止充電。另外,過充電檢出,因噪聲所產(chǎn)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(shè)定,而delay time也不能短于噪聲的時間。

(2) 過度放電：

在過度放電的情形下,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,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。

過度放電保護IC原理：為了防止鋰電池過度放電之狀態(tài),假設(shè)鋰電池接上負載,當(dāng)鋰電池電壓低于其過放電電壓檢測點(假設(shè)設(shè)定為2.3V),將激活過放電保護,將Power MOS由ON'OFF,進而截止放電,達成保護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)(standby mode),此時耗電為0.1uA

當(dāng)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(shè)有延遲時間用以預(yù)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(dāng)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Power MOS的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)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(shè)V-=0.2V, Rds(on)=25mΩ,則保護電流的大小為I=4A