鋰離子電池保護芯片原理

鋰離子電池PACK設計過程中一定會用到鋰離子電池保護板或者相應的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，才能更好的設計鋰離子電池組，甚至可以協(xié)助品質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)，流經電池、D1、到達MOS2時由于MOS2的柵極與CO相連也為低電平，MOS2關斷，整個回路被關斷，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

因不明原因導致短路時必須立即停止放電。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導致電壓低到0V，故保護IC要在0V時也可以實現(xiàn)充電。