锂离子如何保护电路

　　近年来，PDA、数码相机、手机、可携式音讯设备等越来越多的产品采用锂离子电池作为主要电源，但与镍镉、镍氢等电池不太一样，锂离子电池必须考虑充电、放电时的安全性，以防止特性劣化。目前无论是方型还是圆柱型锂离子电芯都采用了一定的安全保护措施，如防爆孔片、隔膜及PTC等。为进一步确保成品锂离子电池在使用中的安全性，针对其过充、过放、过电流及短路的保护很重要，所以通常都会在电池包内设计保护电路用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池造成损害。

　　通常情况下，锂离子电池的保护电路是由保护IC及两颗功率MOSFET所构成，其中保护IC监视电池电压，当有过度充电及放电状态时切换到以外挂的功率MOSFET来保护电池，保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护和过电流／短路保护。

　　1、正常状态

　　在正常状态下电路中MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。

　　2、过充电保护

　　锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V，转为恒压充电，直至电流越来越小。

　　电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，可能会导致电池损坏或出现安全问题，需终止充电状态。此时，保护IC检测电池电压，当到达4.28V时(假设电池过充点为4.28V)即激活过度充电保护，将功率MOSFET由导通转为切断，进而截止充电。另外，还必须注意因噪音所产生的过度充电检出误动作，以免判定为过充保护。因此，需要设定延迟时间，通常设为1秒左右。并且延迟时间不能短于噪音的持续时间。

　　3、过放电保护

　　电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化。此时如果让电池继续对负载放电，将会造成电池的永久性损坏。

　　在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时将激活过度放电保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电，以避免电池过度放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1μA。当锂离子电池接上充电器，且此时锂离子电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间以避免产生误动作。

　　4、过电流保护

　　因为不明原因造成过电流，为确保安全，必须使其立即停止放电。即当放电电流过大情况产生时，保护IC将激活过电流保护，此时过电流的检测是将功率MOSFET的Rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形，如果比所定的过电流检测电压还高则停止放电，运算公式为:V=I×Rds(on)×2(V为过电流检测电压，I为放电电流)同样地，过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时产生误动作。该延时时间通常为13毫秒左右。通常在过电流产生后，若能去除过电流因素(例如马上与负载脱离)，将会恢复其正常状态，可以再进行正常的充放电动作。

　　5、短路保护

　　因为不明原因造成短路，为确保安全，必须使其立即停止放电。当短路情况产生时，保护IC将激活短路保护。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不一样。

　　目前，公司正在进行各种电芯的研究和开发，从长远考虑，组装成品电池也是我们的一个目标。保护电路将会是我们考虑的重要部件之一。随着锂离子电池更广泛的应用，对保护电路的要求也越来越高。未来保护IC将进一步提高检测电压的精密度、降低保护IC的耗电流和提高防止误动作等功能。随着手机的体积越做越小，对锂离子电池的保护电路体积的要求也越来越小，在这两年已出现了将控制IC和MOSFET整合成一颗保护IC的产品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的厂家甚至将整个保护电路封装成一颗小尺寸的IC，如MITSUMI公司的产品。