锂离子电池的保护电路的设计
来源：宝鄂实业
2019-10-21 20:47
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近年来，越来越多的产品如pda、数码相机、手机、便携式音频设备、蓝牙设备等都采用锂电池作为主电源。锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、电池电压高、自放电率低等优点。与镍镉和镍氢电池不同，锂电池在充放电过程中必须考虑安全性，以防止其性能恶化。锂电池的过充、过放电、过流和短路保护是非常重要的，因此通常在电池组中设计保护电路来保护锂电池。
由于锂离子电池能量密度高，很难保证电池的安全性。在过充状态下，电池的能量会随着温度的升高而过剩，所以电解液会分解产生气体，这会引起自燃或内压升高而破裂的危险；相反，在过充状态下，电解液会分解，导致电池性能和耐久性下降，从而减少充电次数。
锂离子电池的保护电路是为了保证这种过充放电状态的安全，防止特性的恶化。锂离子电池的保护电路由保护芯片和两个功率mosfet组成。保护芯片监控电池电压，切换到外部功率mosfet，在电池过充放电状态下保护电池。保护芯片的功能包括过充保护、过充保护和过流短路保护。
一、过充保护
过充保护芯片的原理是：当外部充电器对锂电池充电时，为了防止温度升高引起的内部压力升高，需要终止充电状态。此时，保护芯片需要检测电池电压。当电压达到4.25V（假设电池过充电点为4.25V）时，启动过充电保护，将功率mosfet从开到关，然后切断充电。
此外，还要注意检测噪声引起的过充误动作，避免过充保护。因此，需要设置延迟时间，并且延迟时间不能短于噪声的持续时间。
二。过放电保护
在过度放电的情况下，电解液的分解会导致电池性能的恶化和充电时间的缩短。采用锂电池对集成电路进行保护，可以避免过放电，实现电池保护功能。
过放电保护IC原理：为防止锂电池的过放电状态，假设锂电池与负载相连，当锂电池电压低于其过放电电压检测点（假设为2.3V）时，启动过放电保护。并将功率mosfet从开到关切断放电，避免电池的过放电现象，使电池保持在低静电流状态。在机器模式下，此时电流仅为0.1μA。
当锂电池与充电器连接，锂电池电压高于过放电电压时，可解除过放电保护功能。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路具有一定的延时，以避免误操作。
三、过电流和短路电流
过电流或短路是由未知原因引起的（正负极与金属物体的放电或错误接触）。为了确保安全，必须立即停止排放。
过流保护芯片的原理是当放电电流过大或发生短路时，保护芯片将启动过流保护。此时，过电流的检测是使用功率mosfet的rds（on）作为电感阻抗来监测电压降。如果电压高于确定的过电流检测电压，放电将停止。计算公式如下：
V-=I×Rds（开）×2（V-为过电流检测电压，I为放电电流）
假设V-=0.2V，rds（on）=25mΩ，保护电流为I=4a。
同样，过流检测还必须设置一个延迟时间，以防止在突然流入电流时误操作。
通常在过流发生后，如果过流系数可以消除（例如，它将立即从负载中分离出来），它的正常状态将被恢复
