詳解鋰離子電池集成保護電路

2021-01-19 OFweek維科網

什麼是鋰離子電池集成保護電路?在科學技術高度發達的今天,各種各樣的高科技出現在我們的生活中,為我們的生活帶來便利,那麼你知道這些高科技可能會含有的鋰離子電池集成保護電路嗎?

在鋰離子電池的使用過程中,過充、過放電和過電流是影響鋰離子電池使用壽命和性能的重要因素。鋰離子電池集成保護電路通過各個保護單元電路有效地監測和防止鋰離子電池的損壞。鋰離子電池充放電保護電路,鋰離子電池保護電路由兩個場效應電晶體和一個控制集成電路外加一些電阻電容元件組成。

由於鋰離子電池能量密度高,因此難以確保電池的安全性。在過度充電狀態下,電池溫度上升後能量將過剩,於是電解液分解而產生氣體,因內壓上升而發生自燃或破裂的危險;反之,在過度放電狀態下,電解液因分解導致電池特性及耐久性劣化,從而降低可充電次數。

單節鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V,不能過充,否則會因正極的鋰離子丟失太多而使電池報廢。對鋰電池充電時,應採用專用的恆流、恆壓充電器,先恆流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V後,轉入恆壓充電模式;當恆壓充電電流降至100mA時,應停止充電。

鋰離子電池要的充電方式是恆流恆壓充電。充電初期為恆流充電。隨著充電過程的進行,充電電壓逐漸升高至4.2v(根據陰極材料的不同,有的電池要恆壓至4.1v)。在鋰離子電池充電過程中,假如充電器電路失控,超過4.2v後,鋰離子電池將繼續以恆流充電,此時鋰離子電池的電壓將繼續升高。當鋰離子電池電壓高於4.3v時,鋰離子電池的化學副用途會加劇,導致電池損壞或出現安全問題。

鋰離子電池的保護電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態時的安全性,並防止特性劣化。鋰離子電池的保護電路是由保護IC及兩顆功率MOSFET所構成,其中保護IC監視電池電壓,當有過度充電及放電狀態時切換到以外掛的功率MOSFET來保護電池,保護IC的功能有過度充電保護、過度放電保護和過電流/短路保護。

由於鋰電池的內部結構原因,放電時鋰離子不能全部移向正極,必須保留一部分鋰離子在負極,以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則,電池壽命會縮短。為了保證石墨層中放電後留有部分鋰離子,就要嚴格限制放電終止最低電壓,也就是說鋰電池不能過放電。

當然,功能組件單晶體化是不變的目標,如目前手機製造商都朝向將保護IC、充電電路以及電源管理IC等外圍電路與邏輯IC構成雙晶片的晶片組,但目前要使功率MOSFET的開路阻抗降低,難以與其它IC集成,即使以特殊技術製成單晶片,恐怕成本將會過高。因此,保護IC的單晶體化將需一段時間來解決。

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