近年來(lái)，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、便攜式音頻設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備等越來(lái)越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池須考慮充電、放電時(shí)的性，以特性劣化。針對(duì)鋰電池的過(guò)充、過(guò)度放電、過(guò)電流及短路保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)線路用以保護(hù)鋰電池。

由于鋰離子電池能量密度高，因此電池的性。在過(guò)度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過(guò)剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而發(fā)生自燃或破裂的危險(xiǎn)；反之，在過(guò)度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，從而降低可充電次數(shù)。鋰離子電池的保護(hù)電路就是要這樣的過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)的性，并特性劣化。鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率 MOSFET所構(gòu)成，其中保護(hù)IC電池電壓，當(dāng)有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)切換到以的功率MOSFET來(lái)保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)度放電保護(hù)和過(guò)電流/短路保護(hù)。

過(guò)度充電保護(hù)

過(guò)度充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)（假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V）即激活過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOS由開(kāi)轉(zhuǎn)為關(guān)斷，進(jìn)而截止充電。另外， 還須注意因噪聲所產(chǎn)生的過(guò)度充電檢出誤動(dòng)作，以免判定為過(guò)充保護(hù)。因此，需要設(shè)定延遲時(shí)間，并且延遲時(shí)間不能短于噪聲的持續(xù)時(shí)間。

過(guò)度放電保護(hù)

在過(guò)度放電的情況下，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。采用鋰電池保護(hù)IC可以避免過(guò)度放電現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能。

過(guò)度放電保護(hù)IC原理：為了鋰電池的過(guò)度放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)度放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假定為2.3V）時(shí)將激活過(guò)度放電保護(hù)，使功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷而截止放電，以避免電池過(guò)度放電現(xiàn)象發(fā)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流 0.1uA。

當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免發(fā)生誤動(dòng)作。

過(guò)電流及短路電流

因?yàn)椴幻髟颍ǚ烹姇r(shí)或正負(fù)遭金屬物誤觸）造成過(guò)電流或短路，為，須使其立即停止放電。

過(guò)電流保護(hù)IC原理為，當(dāng)放電電流過(guò)大或短路情況發(fā)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(guò)（短路）電流保護(hù)，此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將功率MOSFET的 Rds（on）當(dāng)成感應(yīng)阻用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，如果比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，計(jì)算公式為： V-=I×Rds（on）×2（V-為過(guò)電流檢測(cè)電壓，I為放電電流）。假設(shè)V-=0.2V,Rds（on）=25mΩ，則保護(hù)電流的大小為I=4A。

同樣地，過(guò)電流檢測(cè)也須設(shè)有延遲時(shí)間以有突發(fā)電流流入時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。通常在過(guò)電流發(fā)生后，若能去除過(guò)電流因素（例如馬上與負(fù)載脫離），將會(huì)恢復(fù)其正常狀態(tài)，可以再進(jìn)行正常的充放電動(dòng)作。

鋰電池保護(hù)IC的新功能

除了上述的鋰電池保護(hù)IC功能之外，下面這些新的功能同樣值得關(guān)注：

1. 充電時(shí)的過(guò)電流保護(hù)：當(dāng)連接充電器進(jìn)行充電時(shí)突然發(fā)生過(guò)電流（如充電器損壞），電路立即進(jìn)行過(guò)電流檢測(cè)，此時(shí)Cout將由高轉(zhuǎn)為低，功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)為關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。V-（Vdet4過(guò)電流檢測(cè)電壓，Vdet4為-0.1V）=I（充電電流）×Rds（on）×2

2. 過(guò)度充電時(shí)的鎖定模式：通常保護(hù)IC在過(guò)度充電保護(hù)時(shí)將經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間，然后就會(huì)將功率MOSFET關(guān)斷以保護(hù)的目的，當(dāng)鋰電池電壓一直下降到解除點(diǎn)（過(guò)度充電滯后電壓）時(shí)就會(huì)恢復(fù)，此時(shí)又會(huì)繼續(xù)充電-保護(hù)-放電-充電-放電。這種狀態(tài)的性問(wèn)題將無(wú)法獲得，鋰電池將一直重復(fù)著充電-放電-充電-放電的動(dòng)作，功率MOSFET的柵將反復(fù)地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會(huì)使MOSFET變熱，還會(huì)降低電池壽命，因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護(hù)電路在檢測(cè)到過(guò)度充電保護(hù)時(shí)有鎖定模式，MOSFET將不會(huì)變熱，且性相對(duì)很多。

在過(guò)度充電保護(hù)之后，只要充電器連接在電池包上，此時(shí)將進(jìn)入過(guò)充鎖定模式。此時(shí)，即使鋰電池電壓下降也不會(huì)發(fā)生再充電的情形，將充電器移除并連接負(fù)載即可恢復(fù)充放電的狀態(tài)。

3. 減小保護(hù)電路組件尺寸

將過(guò)度充電和短路保護(hù)用的延遲電容集成到到保護(hù)IC里面，以減小保護(hù)電路組件尺寸

對(duì)保護(hù)IC性能的要求

1. 過(guò)度充電保護(hù)的高化

當(dāng)鋰離子電池有過(guò)度充電狀態(tài)時(shí)，為因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，須截止充電狀態(tài)。保護(hù)IC將檢測(cè)電池電壓，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)度充電時(shí)，則過(guò)度充電檢測(cè)的功率MOSFET使之關(guān)斷而截止充電。此時(shí)應(yīng)注意的是過(guò)度充電的檢測(cè)電壓的高化，在電池充電時(shí)，使電池充電到飽滿的狀態(tài)是使用者很關(guān)心的問(wèn)題， 同時(shí)兼顧到性問(wèn)題，因此需要在容許電壓時(shí)截止充電狀態(tài)。要同時(shí)合這兩個(gè)條件，須有高的檢測(cè)器，目前檢測(cè)器的為25mV,該將有待于進(jìn)一步。

2. 降低保護(hù)IC的耗電

隨著使用時(shí)間的增加，已充過(guò)電的鋰離子電池電壓會(huì)逐漸降低，后規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)值以下，此時(shí)就需要充電。若未充電而繼續(xù)使用，可能造成由于過(guò)度放電而使電池不能繼續(xù)使用。為過(guò)度放電，保護(hù)IC須檢測(cè)電池電壓，一旦過(guò)度放電檢測(cè)電壓以下，就得使放電一方的功率MOSFET 關(guān)斷而截止放電。但此時(shí)電池本身仍有自然放電及保護(hù)IC的消耗電流存在，因此需要使保護(hù)IC消耗的電流降到程度。

3. 過(guò)電流/短路保護(hù)需有低檢測(cè)電壓及高的要求因不明原因?qū)е露搪窌r(shí)須立即停止放電。過(guò)電流的檢測(cè)是以功率MOSFET的Rds（on）為感應(yīng)阻，以其電壓的下降，此時(shí)的電壓若比過(guò)電流檢測(cè)電壓還高時(shí)即停止放電。為了使功率MOSFET的Rds（on）在充電電流與放電電流時(shí)應(yīng)用，需使該阻值盡量低，目前該阻約為 20mΩ~30mΩ，這樣過(guò)電流檢測(cè)電壓就可較低。

4. 耐高電壓電池包與充電器連接時(shí)會(huì)有高壓產(chǎn)生，因此保護(hù)IC應(yīng)滿足耐高壓的要求。

5. 低電池功耗在保護(hù)狀態(tài)時(shí)，其靜態(tài)耗電流須要小0.1uA。

6. 伏可充電有些電池在存放的過(guò)程中可能因?yàn)榉盘没虿徽５脑驅(qū)е码妷?V,故保護(hù)IC需要在0V時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)充電。

長(zhǎng)沙華耐能源開(kāi)發(fā)有限公司，低溫鋰電池制造，更多產(chǎn)品信息詳見(jiàn)華耐電池工廠網(wǎng)站。