鋰離子電池保護芯片原理

鋰離子電池PACK設(shè)計過程中一定會用到鋰離子電池保護板或者相應(yīng)的BMS，甚至于各種通信協(xié)議，但是鋰離子電池保護十分重要，這些必須要要了解保護芯片工作原理，只有了解這些基本的保護芯片工作原理，才能更好的設(shè)計鋰離子電池組，甚至可以協(xié)助品質(zhì)部分一起分析異常電池或電路。

1、保護芯片工作原理中的重要元器件的介紹：IC：它是保護芯片的核心，首先取樣電池電壓，然后通過判斷發(fā)出各種指令。MOS管：它重要起開關(guān)用途。

2、保護芯片正常工作：保護芯片上MOS管剛開始可能處于關(guān)斷狀態(tài)，鋰離子電池接上保護芯片后，必須先觸發(fā)MOS管，P+與P-端才有輸出電壓，觸發(fā)常用方法用一導線把B-與P-短接。

3、保護芯片過充保護：在P+與P-上接上一高于電池電壓的電源，電源的正極接B+、電源的負極接B-，接好電源后，鋰離子電池開始充電，電流方向流向電流從電源正極出發(fā)，流經(jīng)電池、D1、MOS2到電源負極，IC通過電容來取樣電池電壓的值，當電池電壓達到4.25v時，IC發(fā)出指令，使引腳CO為低電平，這時電流從電源正極出發(fā)，流經(jīng)電池、D1、到達MOS2時由于MOS2的柵極與CO相連也為低電平，MOS2關(guān)斷，整個回路被關(guān)斷，電路起到保護用途。

4、保護芯片過放保護：在P+與P-上接上一合適的負載后，電池開始放電其電流方向如I2，電流從電池的正極經(jīng)負載、D2、MOS1到電池的負極；當電池放電到2.5v時IC采樣并發(fā)出指令，讓MOS1截止，回路斷開，電池被保護了。

5、過流保護：在P+與P-上接上一合適的負載后，電池開始放電其電流方向如I2，電流從電池的正極經(jīng)負載、D2、MOS1到電池的負極，當負載突然減小，IC通過VM引腳采樣到突然增大電流而出現(xiàn)的電壓這時IC采樣并發(fā)出指令，讓MOS1截止，回路斷開，電池被保護了。

6、短路保護：在P+與P-上接上空負載后，電池開始放電電流方向如I2，電流從電池的正極經(jīng)負載、D2、MOS1到電池的負極，IC通過VM引腳采樣到突然增大電流而出現(xiàn)的電壓這時IC采樣并發(fā)出指令，讓MOS1截止，回路斷開，鋰離子電池被保護。

鋰離子電池保護IC的功能

鋰離子電池除了過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能等鋰電的保護IC功能外，還有其他的保護IC的新功能。

1.過度充電保護的高精密度化

當鋰離子電池有過度充電狀態(tài)時，為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升，須截止充電狀態(tài)。保護IC將檢測電池電壓，當檢測到過度充電時，則過度充電檢測的功率MOSFET使之切斷而截止充電。此時應(yīng)注意的是過度充電的檢測電壓的高精密度化，在電池充電時，使電池充電到飽滿的狀態(tài)是使用者很關(guān)心的問題，同時兼顧到安全性問題，因此要在達到容許電壓時截止充電狀態(tài)。要同時符合這兩個條件，必須有高精密度的檢測器，目前檢測器的精密度為25mV，該精密度將有待于進一步提高。

2.降低保護IC的耗電

隨著使用時間的新增，已充過電的鋰離子電池電壓會逐漸降低，最后低到規(guī)格標準值以下，此時就要再度充電。若未充電而繼續(xù)使用，可能造成由于過度放電而使電池不能繼續(xù)使用。為防止過度放電，保護IC必須檢測電池電壓，一旦達到過度放電檢測電壓以下，就得使放電一方的功率MOSFET切斷而截止放電。但此時電池本身仍有自然放電及保護IC的消耗電流存在，因此要使保護IC消耗的電流降到最低程度。

3.過電流/短路保護需有低檢測電壓及高精密度的要求

因不明原因?qū)е露搪窌r必須立即停止放電。過電流的檢測是以功率MOSFET的Rds（on）為感應(yīng)阻抗，以監(jiān)視其電壓的下降，此時的電壓若比過電流檢測電壓還高時即停止放電。為了使功率MOSFET的Rds（on）在充電電流與放電電流時有效應(yīng)用，需使該阻抗值盡量低，目前該阻抗約為20m~30m，這樣過電流檢測電壓就可較低。

4.耐高電壓

鋰離子電池包與充電器連接時瞬間會有高壓出現(xiàn)，因此保護IC應(yīng)滿足耐高壓的要求。

5.低電池功耗

在保護狀態(tài)時，其靜態(tài)耗電流必須要小0.1μA.

6.零伏可充電

有些鋰離子電池在存放的過程中可能因為放太久或不正常的原因?qū)е码妷旱偷?V，故保護IC要在0V時也可以實現(xiàn)充電。