一种锂离子电池自动保护系统的设计

摘要：针对锂离子电池保护系统的设计，本文作者依照自己的工作经验和相关资料总

结，首先从两个方面详细阐述了动力锂离子电池保护系统的设计，然后又重点分析了锂离
子电池组的四种工作状态。希望能够充分发挥锂离子电池组的实用价值和推广价值。
　　关键词：动力锂离子电池

 保护系统 过充电 过放电 半导体场效应管

　　近年来，锂离子电池凭借着自身体积小、能量密度高以及自放电率低等一系列的优点，
逐步被越来越多的电子产品所采用。但是，锂离子电池因为在过充电的时候，电池会因为电
解液的分解形成的气体导致内压上升，当达到一定程度时会发生自燃或者破裂的现象，极
易损坏

[1]。因此，电池保护系统的设计对锂离子电池来说具有十分重要的意义。

　　

1、动力锂离子电池保护系统的设计

　　

1.1 关于动力锂离子电池保护电路分析概述

　　如右图

1 所示，为保护电路的系统框图。其中，V 为电池正极，V 为电池负极输入端；

C 以及 D 为充放电控制端，一般情况下，如果系统处在正常工作模式下，两者都为高电平，
电池有充电和放电两种工作状态，反之，回路被切断，电池处在对外断路的工作状态；

V

属于过流检测端

[2]。

　　电路的主要功能体现在以下四点：
　　第一，过充放电检测：保护电路系统利用取样电路来监测电池电压信号，然后通过和
过充过放基准电压进行比较，来判断电池电压是否标准，之后通过数字逻辑控制电路进行
　　充放电监测，再将其输出的信号送入充放电控制端。
　　第二，放电过流检测：利用过流检测端

V 来监测电池负载放电电流值，然后和基准电

压相比较，在利用比较器输出相应信号，同时依照过流程度进行延时，之后利用逻辑控制
电路的输出信号进行放电控制。
　　第三，充电过流检测：通常情况下，过流检测端的信号可以显示出电池充电电流的大
小，之后利用充电检测比较器进行比较，再由逻辑控制电路来决定何时停止充电。
　　第四，零伏电池充电功能：对充电电池的检测是利用电平转换电路来完成的。当电池电
压在零伏电池的充电电压之下时，其将利用输出信号转变

CO 端，并把 CO 端设置为低电

平，此时充电回路就会被切断

[3]。

　　

1.2 关于保护系统电路组成的分析概述

　　结合图

1 的方框原理图可以分析出，锂离子电池保护电路系统利用了模拟电路之中的

关键电路设计思路，其中，利用

MOSFET 组成的保护电路系统，如图 2 所示，一方面可以

有效防止电池的过电流状态，另一方面降低了电路系统的功耗。
　　

2、动力锂离子电池保护系统各种工作状态分析

　　

2.1 正常状态

　　在正常状态下，电池可以利用充电器进行充电，还可以通过负载进行放电。一般情况下，
电池给芯片供电，其中电池电压的大小介于过电压充、放电保护阈值之间，而过流检测端的
电压大小则是介于过电流冲、放电保护阈值之间；另外，

C 端以及 D 端全部输出高电平，而

且其外接充电控制管以放电控制管全部处在导通状态

[4]。

　　

2.2 过电压充电保护状态

　　在系统的正常工作状态下，如果对电池进行充电，则电池电源端的电压将会持续增高
并且可能超过其充电保护阈值

U，其延迟时间也会超过 t，而且充电控制端 C 也由之前的高

电平转变为低电平，充电回路因为外接充电控制管的关闭而被

“切断”，这样芯片就处在过

电压充电保护状态。要想让芯片恢复正常状态，必须满足一下两个条件：第一，电池

“自放