鋰電池充電保護(hù)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(jī)。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(hù)電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態(tài)時(shí)的安全性，并防止特性的劣化。鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC、及兩顆Power-MOSFET所構(gòu)成。其中保護(hù)IC為監(jiān)視電池電壓；當(dāng)有過度充電及放電狀態(tài)時(shí)，則切換以外掛的Power-MOSFET來保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能為: (1)過度充電保護(hù)、(2)過度放電保護(hù)、(3)過電流/短路保護(hù)。以下就這三項(xiàng)功能的保護(hù)動(dòng)作加以說明

(1) 過度充電：

當(dāng)鋰電池發(fā)生過度充電時(shí),電池內(nèi)電解質(zhì)會(huì)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(jī),鋰電池保護(hù)IC用意就是要防止過充電的情形發(fā)生。

過度充電保護(hù)IC原理：

當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí),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(shí)保護(hù)IC需檢測電池電壓,當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)(假設(shè)電池過充點(diǎn)為4.25V)及激活過充電保護(hù),將Power MOS由ON'OFF,進(jìn)而截止充電。另外,過充電檢出,因噪聲所產(chǎn)生的誤動(dòng)作也是必須要注意的,以免判定為過充保護(hù),因此需要延遲時(shí)間的設(shè)定,而delay time也不能短于噪聲的時(shí)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(hù)IC用以保護(hù)其過放電的狀況發(fā)生, 達(dá)成保護(hù)動(dòng)作。

過度放電保護(hù)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(fù)載,當(dāng)鋰電池電壓低于其過放電電壓檢測點(diǎn)(假設(shè)設(shè)定為2.3V),將激活過放電保護(hù),將Power MOS由ON'OFF,進(jìn)而截止放電,達(dá)成保護(hù)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(shí)耗電為0.1uA

當(dāng)鋰電池接上充電器,且此時(shí)鋰電池電壓高于過放電電壓時(shí),過放電保護(hù)功能方可解除。

另外,為了對(duì)于脈沖放電之情形,過放偵測設(shè)有延遲時(shí)間用以預(yù)防此種誤動(dòng)作的發(fā)生。

(3) 過電流及短路電流

因?yàn)椴幻髟?放電時(shí)或正負(fù)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(hù)IC原理：

當(dāng)放電電流過大或短路情況發(fā)生時(shí),保護(hù)IC將激活過(短路)電流保護(hù),此時(shí)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(hù)電流的大小為I=4A