一款锂电池保护芯片除了要能完成过充电保护、过放电保护和过电流保护等基本功能外还有哪些要求？

由于12v锂电池能量密度高，在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，容易使内压上升而产生自燃或破裂的危险；反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化，降低可充电次数，缩短了电池使用寿命。因此对12v锂电池的保护非常重要，12v锂电池应用中必须要有电池保护芯片，来防止电池的过充电、过放电和过电流。

　　由于锂电池能量密度高，在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，容易使内压上升而产生自燃或破裂的危险；反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化，降低可充电次数，缩短了电池使用寿命。因此对锂电池的保护非常重要，锂电池应用中必须要有电池保护芯片，来防止电池的过充电、过放电和过电流。

　　综上所述，锂电池保护电路的设计是十分重要的。但是锂电池保护电路会增加电池能量的额外损耗，减少电池的应用时间，这就要求锂电池保护电路要能在高精度下实现低功耗。一款锂电池保护芯片除了要能完成过充电保护、过放电保护和过电流保护等基本功能外，还要满足以下要求——这也是本文所设计芯片的目标。

　　(1)超低功耗。锂电池保护电路在工作时，其消耗的功耗就是电池的损耗。因此，我们要把锂电池保护电路的功耗降到最低。

　　(2)高精准检测电压。为了使锂电池保护电路对于电池的不同工作状态做出正确的响应，保护电路必须能精准的检测出过充保护电压、过放保护电压等电压参数。

　　(3)大电压范围下正确工作。由于锂电池保护电路的供电电压为电池电压，而电池电压可在较大范围内浮动，故要求锂电池保护电路在该电压范围内能正确地工作。

　　锂电池保护电路方案

　　目前使用的各类电池中，锂电池(也称锂离子二次电池或锂离子蓄电池)是近十几年才发展起来的一种新型电源。锂电池有别于一般的化学电源，其充放电工作过程是通过锂离子在电池正负极中的嵌入和脱嵌来实现的。锂电池的负极是碳素材料，例如石墨；正极是含锂的过渡金属氧化物，例如钴氧化锂(LiC002)。并且锂电池正负极材料均采用锂离子可以自由嵌入和脱离出的具有层状结构的锂离子嵌入化合物，处于层间的锂离子，在适当的电解液中，会发生电化学反应。充电时，在外部电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出，经过电解质，嵌入到负极晶格中。放电时的过程正好相反，锂离子返回正极，电子则通过外部电路到达正极与锂离子复合。

　　与常用的镍镉、镍氢电池相比较，锂电池有许多优越特性，主要表现在以下几个方面：

　　(1)锂电池供电电压高，一般为3．6V，约为镍镉电池、镍氢电池电压的3倍。对于供电电压要求较高的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。因此组合使用的锂电池容易获得更高的电压。

　　(2)比能量高，即同重量的锂电池提供的能量比其它电池高。锂电池的比能量一般为镍镉电池、镍氢电池的2～3倍。因此有利于便携式电子设备小型轻量化。

　　(3)无记忆效应。镍镉电池、镍氢电池都有记忆效应，必须进行定期放电，否则就会因记忆效应导致电池失效。而锂电池无记忆效应，不必理会残余电量的多少，可直接进行充电。这样就使锂电池效能得到充分发挥。

　　(4)使用寿命长。锂电池采用碳负极，在充放电过程中碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂电池的循环寿命可达5000次以上，远远高于其它各类电池。

　　(5)工作环境温度范围宽，一般可在一30℃川0℃之间工作，具有优良的高低温放电性能。

　　(6)自放电率低。自放电率又称电荷保持率，是指电池放置不用时自动放电的多少。锂电池的自放电率为2％～5％，镍镉电池在25％～30％之间，镍氢电池在30％～35％之间。因此，同样环境下锂电池保持电荷的时间最长。

　　(7)锂电池不含任何汞、镉等有毒元素，是真正的绿色环保电池。

　　基于以上优点，锂电池被广泛应用在便携式电子设备中。而另一方面，锂电池因其能量密度高，使得难以确保电池的安全性。具体而言，在过充电状态下，电解质会被分解，使得电池内部的温度和压力上升；在过放电状态下，负极中的电解材料——铜会熔化而造成内部短路，使温度升高：在外部电路短路或放电电第一章绪论3流过大时，由于高内阻的特性，电池内部功率消耗增加，温度也会上升，可能引起电解液的氧化或分解，导致锂电池寿命缩短。除此之外，假若锂电池进行过度的放电，则会使电池内的电解液产生变化，可循环充电的次数会因此而减少，进而影响锂电池的使用寿命。

　　由于锂电池存在上述所分析的缺点，在锂电池的应用中必须加上保护电路。保护电路的基本功能也要和上述缺点相对应，于是我们要求锂电池电源保护芯片要能实现以下几个最基本的功能：过充电保护、过放电保护、过电流保护以及短路保护。由以上锂电池的应用要求可知，为提高锂电池的使用寿命并保证电池的安全使用，锂电池保护电路需要具有以下功能：

　　(1)如果充电电压超过电池允许的最大值，能够提供电池放电回路。

　　(2)如果放电电压低于电池允许的最小值，能够提供电池充电回路。则切断电池与外部电路的连接，并且则切断电池与外部电路的连接，并且

　　(3)如果电池的充、放电电流大于极限值，则切断电池与外部电路的连接。

　　(4)当电池回复正常状态后，保护电路应能相应的解除保护状态，使电池能够继续正常工作。

　　一、充放电倍率

　　充放电倍率高越好。“C”是形容电池充放电电流大小的专用符号。1C放电就代表1小时内把电池从满电放到空的电流大小。

　　iPhone6电池容量为1810mAH，那么这颗电池的1C放电电流就是1.81安培。

　　比亚迪e6电动汽车中使用的每颗电池容量是200AH，则这个电池1C放电电流就是200安培。

　　一个电池如果用高倍率放电，通常放出的能量比低倍率少。

　　二、充放电循环次数

　　循环次数越多越好。500次是锂电池的常见值，根据不同材料制作的锂电池充放电次数从300-3000次不等。这个值的具体含义每个工厂可能略有不同，大致可以理解为：按厂商规定的充放电倍率（比如1C放电，0.3C充电；每次从0%充放到100%，照此循环）下，500次循环后，电池容量还剩最初的80%。充放电次数和使用习惯的关系太大了，我们举几个例子。

　　1、充放电强度对循环次数的影响

　　工厂标注：每次从0%充放到100%，1C放，0.3C充，500次后容量衰减到80%，这是最严苛的测试循环，也可以不这么严格，看下面

　　如果每次电量的循环都在25%-75%，1C放，0.3C充，2000次后容量衰减到80%

　　如果每次电量的循环都在25%-75%，3C放，0.3C充，1600次后容量衰减到80%

　　2、浅充浅放对寿命的影响

　　工厂标注：每次从0%充放到100%，1C放，0.3C充，500次后容量衰减到80%，是最严苛的测试循环，也可以不这么严格，看下面

　　每次电量的循环都在25%-75%，1C放，0.3C充，2000次后容量衰减到80%

　　每次电量的循环都在50%-100%，1C放，0.3C充，1800次后容量衰减到80%

　　以上两个例子可看出充放电的倍率越小、越有利于寿命提升；浅充浅放也有利于寿命提升。

　　三、内阻

　　内阻越小越好，这个参数随负载轻重、温度等因素随时变化，随着电池寿命减少，内阻也在逐渐增大。内阻越小的电池越可以高倍率充放电，18650的普通电池内阻在50mΩ左右，动力型的在15mΩ左右。想知道内阻多大需要用专用的设备测量，普通万用表不行。

　　四、电池一致性

　　采用相同材料、相同工艺生产的电池在容量、内阻、充放电曲线上的一致性越高越好。电池能否大规模组成电池组这一点非常关键，电池组规模越大对一致性要求越高。

　　根据不同的应用领域，对各参数做详细分析。

　　手机、平板等电子用锂电池，笔记本和移动电源用锂电池，电动自行车用锂电池，电动汽车用锂电池。