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　　由于便攜式設備已越來越普及，這類產(chǎn)品中有許多是采用鋰離子電池供電，而由于鋰離子電池的特性與其它可充電電池不同，自身不具有保護性，電池內部通常都帶有一塊電路板，本文將對鋰離子電池的特點及其保護電路工作原理進行闡述。
　　鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，目前在部分耗電量較低的便攜式電子產(chǎn)品中主要使用不可充電的一次鋰電池，而在筆記本電腦、手機、PDA、數(shù)碼相機等耗電量較大的電子產(chǎn)品中則使用可充電的二次電池，即鋰離子電池。
　　由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程中，其內部進行電能與化學能相互轉化的化學正反應，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內部發(fā)生化學副反應,該副反應加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內部壓力迅速增大后爆炸而導致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。
　　一、單節(jié)保護電路
　　下圖為一個典型的單節(jié)鋰離子電池保護電路原理圖。

　　如上圖所示，該保護回路由兩個MOSFET (Q1包含兩個MOSFET)和一個控制IC（IC1）外加一些阻容元件構成?？刂艻C負責監(jiān)測電池電壓與回路電流，并控制兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷，單節(jié)保護IC早期的延時電容外置在保護IC外圍電路，現(xiàn)在延時部分均內置在保護IC的內部，該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能，其工作原理分析如下：
　　1、正常狀態(tài)
　　在正常狀態(tài)下電路中IC1的“CO”（第3腳）與“DO”（第1腳）腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導通狀態(tài)，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(tài)下保護電路的消耗電流為μA級，通常小于5μA。
　　2、過充電保護
　　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(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，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(xù)恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)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，會導致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。
　　在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“CO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V2由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。
　　在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關斷V2信號之間，還有一段延時時間，我們稱為過充保護延時，時間由IC內部或外部延時電容決定，通常設為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。
　　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，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續(xù)對負載放電，將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，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷海筕1由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。
　　由于在過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極小，此時控制IC會進入低功耗狀態(tài)，整個保護電路耗電會小于0.1μA。
　　在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由IC或外部延時電容決定，通常設為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。
　　4、過電流保護
　　由于鋰離子電池的化學特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C（C=電池容量/小時），當電池超過2C電流放電時，常規(guī)電池將會導致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。
　　電池在對負載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時，由于MOSFET的導通阻抗，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因導致異常，使回路電流增大，當回路電流大到使U>0.15V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷海筕1由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護作用。
　　在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由IC內部或外部延時電容決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。
　　注：礦業(yè)用電池要小于10毫秒，因為接觸時大電流產(chǎn)生的火花能致使瓦斯爆炸！
　　在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導通阻抗，當MOSFET導通阻抗越大時，對同樣的控制IC，其過電流保護值越小。
　　5、短路保護
　　電池在對負載放電過程中，若回路電流大到使U>0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V1由導通轉為關斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用。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。
　　以上詳細闡述了單節(jié)鋰離子電池保護電路的工作原理，多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的保護原理與之類似，在此不再贅述，上面電路中所用的控制IC為日本理光公司的R5402系列，在實際的電池保護電路中，還有許多其它類型的控制IC，如日本精工的S-8241/8261/8211系列、日本MITSUMI的MM3177/3077系列、臺灣富晶的FS312和DW01系列、臺灣類比科技的AAT8632系列等等，其工作原理大同小異，只是在具體參數(shù)上有所差別，有些控制IC為了節(jié)省外圍電路，將濾波電容和延時電容做到了芯片內部，其外圍電路可以很少，如日本精工的S-8241系列。
　　除了控制IC外，電路中還有一個重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開關的作用，由于它直接串接在電池與外部負載之間，因此它的導通阻抗對電池的性能有影響，當選用的MOSFET較好時，其導通阻抗很小，電池包的內阻就小，帶載能力也強，在放電時其消耗的電能也少。
　　隨著科技的發(fā)展，便攜式設備的體積越做越小，而隨著這種趨勢，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(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護IC的產(chǎn)品，有的廠家甚至將整個保護電路封裝成一顆小尺寸的IC，如SEIKO\MITSUMI公司的產(chǎn)品。
　　6、關于PTC,其實PTC作為電池的第一個安全機構，當電池內的溫度上升時，PTC的阻值隨之上升，因而當電池內部的溫度過高時，會自動切斷陰極引線與陰極之間的電路。因為NI-MH電池一般在放電期間較為容易產(chǎn)生溫度過高現(xiàn)象，所以NI-MH電池一定要用PTC來做保護，否則會引起其他危險情況！而現(xiàn)在我們所用的LI電池1C以下電流溫度上升比較小，基本上不用PTC，但是有些高端客戶會增加PTC，來增大電池的安全系數(shù)！
　　7、關于NTC，一般是配合充電器和用電設備，在檢測電池溫度過高是來關斷回路！使整個回路不在工作。一般來講充電時電池會較為容易產(chǎn)生溫度升高，特別是大一點的電池，充電電流較大，還有加裝加裝外殼或其他腔體內部，容易積累熱量，那么NTC就顯的極為重要！
　　二、串并聯(lián)的概念
　　1、串聯(lián)的概念即是電壓的累計，容量保持單體容量。
　　例如單體電芯為PL383450 3.7V/1000mAh 那么四節(jié)電芯串聯(lián)電壓表現(xiàn)出來就是4×3.7V＝14.8V，而容量則保持不變?yōu)?000mAh 整個電池表現(xiàn)為1000mAh/14.8V
　　2、并聯(lián)的概念是容量的累計，而電壓保持單體的電壓
　　例如單體電芯為PL383450 3.7V/1000mAh 那么4節(jié)電芯并聯(lián)起來表現(xiàn)出來的就是容量為4000mAh,電壓表現(xiàn)出來的就是3.7V。整個電池表現(xiàn)為4000mAh/3.7V
　　3、裝配短路注意事項
　　一般來講并聯(lián)的電池，電芯相互之間不存在短路的危險，但是多節(jié)電池裝配時就會存在裝配短路的問題！短路瞬間外表會體現(xiàn)打火花的現(xiàn)象，相互之間裝配短路是由于不等位的電勢差（也就是壓差）造成的！這里導入一個電勢差的概念，其實有電跟我們所說的電壓大小是相對而言的！比如說4節(jié)電池現(xiàn)在每節(jié)電壓為3.7V。那么V1為3.7V，V2為7.4V，V3為11.1V，V4為14.8V，但是相對電壓就不一樣了，V1相對于GND是3.7V，那么V4相對于V1則是11.1V，V3相對于V1是7.4V，V3相對于V2是3.7V，這些就是他們之間的相對電壓。

　　串聯(lián)連接時只能是按順序連接，了解轉接板或線路板上的相對電位點，不能混接造成有相對壓差的點相連從而造成相互之間短路。
　　三、兩節(jié)保護電路

　　保護原理跟單節(jié)的一樣，增加了兩節(jié)電芯中間點的采樣，過流保護采樣放電端MOSFET的阻值。
　　過充保護采樣引腳電池正常工作時為關閉狀態(tài)（外部表現(xiàn)低電平），過充狀態(tài)工作時為打開狀態(tài)（外部表現(xiàn)高電平）！
　　第五腳位為延時電容腳位！
　　四、三、四節(jié)保護電路

　　下圖說明了各個腳位的定義：

　　1腳為過充電壓控制腳
　　2、4、6、12、14、19為空腳，沒有定義。
　　3腳為過流保護控制腳
　　5腳為放電保護控制腳
　　7為放電延時時間調解控制腳，通過調解外部電容來調解時間
　　8腳過流保護延時時間設定控制腳。通過調解外部電容來調解時間
　　9腳過充保護延時時間設定控制腳。通過調解外部電容來調解時間
　　10接地腳
　　11腳為三節(jié)四節(jié)保護電路調解點，當此腳接電芯串聯(lián)最高點時為4節(jié)保護電路，當此腳接地時為3節(jié)電池保護電路
　　13腳放電控制開關腳，當此腳為低電平時IC的第五腳為低電平狀態(tài)，電路正常充放電，當此腳為高電平時IC的第五腳為高電平狀態(tài)，則電路不能放電。
　　15、16、17、18分別為四節(jié)電池的分別電位點
　　20腳為電源腳。