近年來(lái)，PDA、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、可攜式音訊設(shè)備等越來(lái)越多的產(chǎn)品采用鋰離子電池作為主要電源，但與鎳鎘、鎳氫等電池不太一樣，鋰離子電池必須考慮充電、放電時(shí)的安全性，以防止特性劣化。目前無(wú)論是方型還是圓柱型鋰離子電芯都采用了一定的安全保護(hù)措施，如防爆孔片、隔膜及PTC等。為進(jìn)一步確保成品鋰離子電池在使用中的安全性，針對(duì)其過(guò)充、過(guò)放、過(guò)電流及短路的保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)電路用于對(duì)電池的充、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對(duì)電池造成損害。

　　通常情況下，鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率MOSFET所構(gòu)成，其中保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓，當(dāng)有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)切換到以外掛的功率MOSFET來(lái)保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)度放電保護(hù)和過(guò)電流／短路保護(hù)。

　　1、正常狀態(tài)

　　在正常狀態(tài)下電路中MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí)，通常小于7μA。

　　2、過(guò)充電保護(hù)

　　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(guò)程，電壓會(huì)上升到4.2V，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來(lái)越小。

　　電池在被充電過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過(guò)4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過(guò)4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，可能會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)IC檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.28V時(shí)(假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.28V)即激活過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOSFET由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為切斷，進(jìn)而截止充電。另外，還必須注意因噪音所產(chǎn)生的過(guò)度充電檢出誤動(dòng)作，以免判定為過(guò)充保護(hù)。因此，需要設(shè)定延遲時(shí)間，通常設(shè)為1秒左右。并且延遲時(shí)間不能短于噪音的持續(xù)時(shí)間。

　　3、過(guò)放電保護(hù)

　　電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電過(guò)程逐漸降低，在過(guò)度放電的情況下，電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化。此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將會(huì)造成電池的永久性損壞。

　　在電池放電過(guò)程中，當(dāng)控制IC檢測(cè)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(shí)將激活過(guò)度放電保護(hù)，使功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹姡员苊怆姵剡^(guò)度放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅0.1μA。當(dāng)鋰離子電池接上充電器，且此時(shí)鋰離子電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。

　　4、過(guò)電流保護(hù)

　　因?yàn)椴幻髟蛟斐蛇^(guò)電流，為確保安全，必須使其立即停止放電。即當(dāng)放電電流過(guò)大情況產(chǎn)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(guò)電流保護(hù)，此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將功率MOSFET的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，如果比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，運(yùn)算公式為:V=I×Rds(on)×2(V為過(guò)電流檢測(cè)電壓，I為放電電流)同樣地，過(guò)電流檢測(cè)也必須設(shè)有延遲時(shí)間以防有突發(fā)電流流入時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作。該延時(shí)時(shí)間通常為13毫秒左右。通常在過(guò)電流產(chǎn)生后，若能去除過(guò)電流因素(例如馬上與負(fù)載脫離)，將會(huì)恢復(fù)其正常狀態(tài)，可以再進(jìn)行正常的充放電動(dòng)作。

　　5、短路保護(hù)

　　因?yàn)椴幻髟蛟斐啥搪罚瑸榇_保安全，必須使其立即停止放電。當(dāng)短路情況產(chǎn)生時(shí)，保護(hù)IC將激活短路保護(hù)。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。

　　目前，公司正在進(jìn)行各種電芯的研究和開(kāi)發(fā)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，組裝成品電池也是我們的一個(gè)目標(biāo)。保護(hù)電路將會(huì)是我們考慮的重要部件之一。隨著鋰離子電池更廣泛的應(yīng)用，對(duì)保護(hù)電路的要求也越來(lái)越高。未來(lái)保護(hù)IC將進(jìn)一步提高檢測(cè)電壓的精密度、降低保護(hù)IC的耗電流和提高防止誤動(dòng)作等功能。隨著手機(jī)的體積越做越小，對(duì)鋰離子電池的保護(hù)電路體積的要求也越來(lái)越小，在這兩年已出現(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護(hù)IC的產(chǎn)品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的廠家甚至將整個(gè)保護(hù)電路封裝成一顆小尺寸的IC，如MITSUMI公司的產(chǎn)品。