鋰離子電池保護(hù)的基本參數(shù)

1、鋰離子電池的基本參數(shù)鋰離子電池的額定電壓為3.6V（少數(shù)的是 3.7V）。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān)：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充電時(shí)要求終止充電電壓的精度在±1之內(nèi)。鋰 離子電池的終止放電電壓為2.42.7V（電池廠家給出工作電壓范圍或終止放電電壓的參數(shù)略有不同）。高于終止充電電壓及低于終止放電時(shí)會對電池有損 害。使用有一定要求：充電溫度045；放電或保存溫度 -20+60。鋰離子電池不適合大電流充放電。一般充電電流不大于1C，放電電流不大于2C（C是電池的容量，如C=950mAh，1C的充電率即充電電流為950mA）。充電、放電在20左右效果較好，在負(fù)溫下不能

2、充電，并且放電效果差，（在-20放電效果最差，不僅放電電壓低，放電時(shí)間比20放電時(shí)的一半還少）。鋰離子電池保護(hù)器IC鋰離子電池保護(hù)器IC有適用于單節(jié)的及24節(jié)電池組的。這里介紹這類保護(hù)器的要求，并重點(diǎn)介紹單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器電路。對鋰離子電池保護(hù)器的基本要求：1充電時(shí)要充滿，終止充電電壓精度要保護(hù)±1；2在充、放電過程中不過流，并有短路保護(hù)；3到達(dá)終止放電電壓要禁止繼續(xù)放電，終止放電電壓精度在±3左右；4對深度放電的電池（低于終止放電電壓）在充電前以涓流方式預(yù)充電；5為了工作穩(wěn)定可靠，防止瞬態(tài)電壓變化的干擾，內(nèi)部有過充電、過放電、過流保護(hù)的延時(shí)電路，防止瞬態(tài)干擾造成誤動(dòng)作；

3、6在多個(gè)串聯(lián)的電池組充電時(shí)，要保護(hù)各節(jié)電池電壓的匹配平衡，匹配精度要求±10左右；7自身耗電?。o論在充、放電時(shí)保護(hù)器都是通電工作的）。單節(jié)電池保護(hù)器耗電一般小于10A，多節(jié)的一般在20A左右；在到達(dá)終止放電時(shí)，它處于關(guān)閉狀態(tài)，一般耗電2A以下；8保護(hù)器電路簡單，外圍元器件少，占空間小，可以做在電池或電池組中；9價(jià)格低。單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器 這里以AIC1811單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器為例來說明保護(hù)器的電路及工作原理。該器件主要特點(diǎn)：終止充電電壓有4.35V、4.30V及4.25V（分 別由型號后綴A、B、C表示），充電電壓精度可達(dá)±30mV（±0.7）；耗電省，在3

4、.5V工作電壓時(shí)工作電流典型值 7A，到達(dá)終止放電后耗電僅0.2A；有過充、過放、過流保護(hù)，并有延時(shí)以免瞬態(tài)干擾；過放電電壓2.4V，精度± 3.5；小尺寸5管腳SOT-25封裝；工作溫度范圍-20+80。AIC1811組成的單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路如圖1所示， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化圖及外部元器件圖如圖2所示。V1為控制放電的MOSFET，V2為控制充電的MOSFET，R1、C1用來消除充電器輸入電壓的紋波及干 擾電壓，R2為防止充電器電源接反時(shí)保護(hù)CS端的電阻，R3為V2的偏置電阻，F(xiàn)U為保險(xiǎn)絲，BATT+及BATT-為電池組的正極和負(fù)極（此保護(hù)器電路 置于電池中）。在正常充、放電時(shí)，V1

5、、V2都導(dǎo)通。充電電流從BATT+流入，經(jīng)保險(xiǎn)絲向電池充電，經(jīng)V1、V2后由BATT-流 出。正常放電時(shí)，電流由BATT+經(jīng)負(fù)載RL（圖1中未畫出）后，經(jīng)BATT-及V2、V1流向電池負(fù)極，其電流方向與充電電流方向相反。由于V1、V2 的導(dǎo)通電阻RDS（ON）極小，因此損耗較小。幾種保護(hù)的工作狀態(tài)如下（參看圖2）：1過充電保護(hù) P1為控制過充電的帶滯后的比較器，R6、R7組成分壓器接在鋰離子電池兩端，其中間頭檢測電池的電壓并接在R1的同相端，P1的反相端接1.2V基準(zhǔn) 電壓。充電時(shí)電池電壓低于過充電閾值電壓時(shí)，P1的反相端電壓大于同相端電壓，P1輸出低電平，使Q1導(dǎo)通，V2的偏置電阻R3有電流

6、流過使V2也導(dǎo)通 （V1在充電時(shí)是導(dǎo)通的），這樣形成充電回路。當(dāng)充電到達(dá)并超過充電閾值電壓時(shí)，P1同相端電壓超過1.2V，P1輸出高電平，經(jīng)100ms延時(shí)后使Q1 截止，R3無電壓使V2截止，充電電路斷開，防止過充電。2過放電保護(hù)過放電保護(hù)電路是由R4、R5組成的分壓器、帶滯后的比較器P2、100ms延時(shí)電路、或門及由Q2、Q3組成的CMOS輸出電路組成。當(dāng)電池放電達(dá)到2.4V時(shí)，P2輸出高電平，經(jīng)延時(shí)后使OD輸出低電平，V1截止，放電回路斷開，禁止放電。3過流保護(hù)以放電電流過流保護(hù)為例，CS端為放電電流檢測端，它連續(xù)地檢測放電電流。這是利用CS端的電壓VCS與放電電流IL有一定關(guān)系，如圖3所

7、示。如果把導(dǎo)通的V1、V2看做一個(gè)電阻，即RV1DS（ON）及RV2DS（ON），則放電回路如圖3的虛線所示。若忽略R2上極小的壓降，則VCS對地的電壓為：VCS=RV1DS（ON）+RV2DS（ON）×IL即VCS與放電電流IL成比例。過流保護(hù)電路由比較器P3、延時(shí)電路或門等組成。若放電電流超過設(shè)定閾值而使VCS超過0.2V，則P3輸出高電平，其結(jié)果與過放電情況相同使V2截止，禁止放電。該器件尚有其他功能，這里不再介紹。34節(jié)鋰離子電池保護(hù)器這里以MAX1894/MAX1924 為例說明其功能及特點(diǎn)。MAX1894設(shè)計(jì)用于4節(jié)鋰離子電池組，而MAX1924適用于3節(jié)或4節(jié)的電池組。

8、兩個(gè)保護(hù)器可監(jiān)控串聯(lián)電池中每一個(gè)電池的電 壓，避免過充電及過放電，從而有效地延長電池的壽命。另外，它也能防止充、放電時(shí)電流過大或短路。 兩個(gè)器件組成的保護(hù)器電路如圖4所示。它是一種用于4節(jié)鋰離子電池組的保護(hù)器。它與圖1不同之處是為了使串聯(lián)的4個(gè)電池在充電時(shí)每一個(gè)電池的電壓基本相 等（均壓），所以它增加了內(nèi)部電路及外部電阻、電容等元件；另外，它由微控制器（C）來控制，它可以輸出電池的狀態(tài)信號，使功能更完善。 兩個(gè)器件的主要特點(diǎn)：每個(gè)電池的過壓閾值由工廠設(shè)定，其電壓精度可達(dá)±0.5；終止放電電壓閾值由工廠設(shè)定，精度可達(dá)± 2；有關(guān)閉模式，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)耗電0.8A，可防止電池深度放

9、電；工作電流典型值30A，小尺寸16管腳QSOP封裝；工作溫度范圍- 40+85。鋰離子電池監(jiān)控器鋰離子電池監(jiān)控器除了有保護(hù)電路外（可保護(hù)電池 在充電、放電過程免于過充電、過放電和過熱），并且能輸出電池剩余能量信號（用LCD顯示器可形象地顯示出電池剩余能量），使用者能隨時(shí)了解電池的剩余能 量狀態(tài)，以便及時(shí)充電或更換電池。它主要用于有C或P的便攜式電子產(chǎn)品中，如手機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、醫(yī)療儀器或音、視頻裝置等。 這里以DS2760為例說明該器件的特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路。該器件有溫度傳感器，能檢測雙向電流的電流檢測器及電池電壓檢測器，并有12位ADC將 模擬量轉(zhuǎn)模成數(shù)字量；有多種存儲器，能實(shí)現(xiàn)電池

10、剩余能量的計(jì)算。它是將數(shù)據(jù)采集、信息計(jì)算與存儲及安全保護(hù)于一身。另外，它具有外圍元件少、電路簡單、器 件封裝尺寸?。?.25mm×2.75mm管芯式BGA封裝）的特點(diǎn)。 DS2760的內(nèi)部有25m檢測電阻，能檢測雙向（充電及放電）電流（但自身阻值極小，損耗極小）；電流分辨率為0.625mA，動(dòng)態(tài)范 圍為1.8A，并有電流累加計(jì)算；電壓測量分辨率為48mV；溫度測量分辨率可達(dá)0.125；由ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字量存儲在相應(yīng)的存儲器內(nèi)，通過單線接口 與主系統(tǒng)連接，可對鋰離子電池組成的電源進(jìn)行管理及控制，即實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部存儲器進(jìn)行讀/寫訪問及控制。該器件功耗低，工作狀態(tài)時(shí)最大電流80A，節(jié) 能狀態(tài)（睡眠模式）時(shí)小于2A。DS2760的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。它由溫度傳感器、25m檢測電阻、多路器、基準(zhǔn)電壓、ADC、多種存儲器、電流累加器及時(shí)基、狀態(tài)/控制電路、與主系統(tǒng)單線接口及地址、鋰離子保護(hù)器等組成。DS2760有EEPOM、可鎖EEPROM及SRAM三種形式的存儲器，EE