鉅大LARGE | 點擊量：519次 | 2022年02月15日
鋰離子如何保護電路？
近年來，PDA、數碼相機、手機、可攜式音訊設備等越來越多的產品采用鋰離子電池作為主要電源，但與鎳鎘、鎳氫等電池不太一樣，鋰離子電池必須考慮充電、放電時的安全性，以防止特性劣化。目前無論是方型還是圓柱型鋰離子電芯都采用了一定的安全保護措施，如防爆孔片、隔膜及PTC等。為進一步確保成品鋰離子電池在使用中的安全性，針對其過充、過放、過電流及短路的保護很重要，所以通常都會在電池包內設計保護電路用于對電池的充、放電狀態進行有效監測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池造成損害。
通常情況下，鋰離子電池的保護電路是由保護IC及兩顆功率MOSFET所構成，其中保護IC監視電池電壓，當有過度充電及放電狀態時切換到以外掛的功率MOSFET來保護電池，保護IC的功能有過度充電保護、過度放電保護和過電流／短路保護。
1、正常狀態
在正常狀態下電路中MOSFET都處于導通狀態，電池可以自由地進行充電和放電，由于MOSFET的導通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導通電阻對電路的性能影響很小。此狀態下保護電路的消耗電流為μA級，通常小于7μA。
2、過充電保護
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4.2V，轉為恒壓充電，直至電流越來越小。
電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續恒流充電，此時電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超過4.3V時，電池的化學副反應將加劇，可能會導致電池損壞或出現安全問題，需終止充電狀態。此時，保護IC檢測電池電壓，當到達4.28V時(假設電池過充點為4.28V)即激活過度充電保護，將功率MOSFET由導通轉為切斷，進而截止充電。另外，還必須注意因噪音所產生的過度充電檢出誤動作，以免判定為過充保護。因此，需要設定延遲時間，通常設為1秒左右。并且延遲時間不能短于噪音的持續時間。
3、過放電保護
電池在對外部負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，在過度放電的情況下，電解液因分解而導致電池特性劣化。此時如果讓電池繼續對負載放電，將會造成電池的永久性損壞。
在電池放電過程中，當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時將激活過度放電保護，使功率MOSFET由開轉變為切斷而截止放電，以避免電池過度放電現象產生，并將電池保持在低靜態電流的待機模式，此時的電流僅0.1μA。當鋰離子電池接上充電器，且此時鋰離子電池電壓高于過度放電電壓時，過度放電保護功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過放電檢測電路設有延遲時間以避免產生誤動作。
4、過電流保護
因為不明原因造成過電流，為確保安全，必須使其立即停止放電。即當放電電流過大情況產生時，保護IC將激活過電流保護，此時過電流的檢測是將功率MOSFET的Rds(on)當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形，如果比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電，運算公式為:V=I×Rds(on)×2(V為過電流檢測電壓，I為放電電流)同樣地，過電流檢測也必須設有延遲時間以防有突發電流流入時產生誤動作。該延時時間通常為13毫秒左右。通常在過電流產生后，若能去除過電流因素(例如馬上與負載脫離)，將會恢復其正常狀態，可以再進行正常的充放電動作。
5、短路保護
因為不明原因造成短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。當短路情況產生時，保護IC將激活短路保護。短路保護的延時時間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣。
目前，公司正在進行各種電芯的研究和開發，從長遠考慮，組裝成品電池也是我們的一個目標。保護電路將會是我們考慮的重要部件之一。隨著鋰離子電池更廣泛的應用，對保護電路的要求也越來越高。未來保護IC將進一步提高檢測電壓的精密度、降低保護IC的耗電流和提高防止誤動作等功能。隨著手機的體積越做越小，對鋰離子電池的保護電路體積的要求也越來越小，在這兩年已出現了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護IC的產品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的廠家甚至將整個保護電路封裝成一顆小尺寸的IC，如MITSUMI公司的產品。
上一篇：談談鋰離子電池的倉庫管理要求
