鉅大LARGE | 點擊量：6916次 | 2018年05月08日
鋰電池保護IC的新功能及其工作原理是什么？
鋰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池的保護IC功能之外，還有其他的保護IC的新功能。
一、工作原理
1.充電時的過電流保護
當連接充電器進行充電時突然產(chǎn)生過電流（如充電器損壞），電路立即進行過電流檢測，此時Cout將由高轉(zhuǎn)為低，功率MOSFET由開轉(zhuǎn)為切斷，實現(xiàn)保護功能。
V-=I&TImes;Rds（on）&TImes;2
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
?。↖是充電電流；Vdet4，過電流檢測電壓，Vdet4為-0.1V）
2.過度充電時的鎖定模式
通常保護IC在過度充電保護時將經(jīng)過一段延遲時間，然后就會將功率MOSFET切斷以達到保護的目的，當鋰電池電壓一直下降到解除點（過度充電滯后電壓）時就會恢復(fù)，此時又會繼續(xù)充電→保護→放電→充電→放電。這種狀態(tài)的安全性問題將無法獲得有效解決，鋰電池將一直重復(fù)著充電→放電→充電→放電的動作，功率MOSFET的柵極將反復(fù)地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會使MOSFET變熱，還會降低電池壽命，因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護電路在檢測到過度充電保護時有鎖定模式，MOSFET將不會變熱，且安全性相對提高很多。
在過度充電保護之后，只要充電器連接在電池包上，此時將進入過充鎖定模式。此時，即使鋰電池電壓下降也不會產(chǎn)生再充電的情形，將充電器移除并連接負載即可恢復(fù)充放電的狀態(tài)。
3.減少保護電路組件尺寸
將過度充電和短路保護用的延遲電容器整合在到保護IC里面，以減少保護電路組件尺寸。
二、對保護IC性能的要求
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(dǎo)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，因此需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
隨著使用時間的增加，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，此時就需要再度充電。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，因此需要使保護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20mΩ~30mΩ，這樣過電流檢測電壓就可較低。
4.耐高電壓
電池包與充電器連接時瞬間會有高壓產(chǎn)生，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需要在0V時也可以實現(xiàn)充電。
三、保護IC發(fā)展展望
如前所述，未來保護IC將進一步提高檢測電壓的精密度、降低保護IC的耗電流和提高誤動作防止功能等，同時充電器連接端子的高耐壓也是研發(fā)的重點。在封裝方面，目前已由SOT23-6逐漸轉(zhuǎn)向SON6封裝，將來還有CSP封裝，甚至出現(xiàn)COB產(chǎn)品用以滿足現(xiàn)在所強調(diào)的輕薄短小要求。
在功能方面，保護IC不需要整合所有的功能，可根據(jù)不同的鋰電池材料開發(fā)出單一保護IC，如只有過充保護或過放保護功能，這樣可以大幅減少成本及尺寸。
當然，功能組件單晶體化是不變的目標，如目前手機制造商都朝向?qū)⒈ＷoIC、充電電路以及電源管理IC等周邊電路與邏輯IC構(gòu)成雙芯片的芯片組，但目前要使功率MOSFET的開路阻抗降低，難以與其它IC整合，即使以特殊技術(shù)制成單芯片，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。
