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用于锂电池的保护芯片

摘要：介绍了锂电池的优点以及它在使用过程中的难点。介绍了过充过放电对锂电池的危害，分析了常见锂电保护电
路的工作过程，提出了在使用锂电保护芯片时的注意事项。
关键词：锂离子电池；保护集成电路；过充过放

Application of IC in protective circuit for lithium-ion battery

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｉｔｓｕｓｅｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｎ，
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｈａｒｍｏｆｏｖｅｒ－ｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｏｖｅｒ－ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙ，ｇｉｖｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅＩＣ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅＩＣ；ｏｖｅｒ－ｃｈａｒｇｉｎｇｏｖｅｒ－ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ

由于锂电池具有体积小、容量大、质量轻、无污染、单节

电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，近年来，PDA、

DSC、

Cellular

Phone、

Camcorder、

Portable

Audio、

Advanced

Game、

Assist Bicycle、

Electric Scooter、

Bluetooth Device

等越来

越多的产品采用锂电池来当做它的主要电源。价格较贵的锂
电需要有二次使用的特性，但是锂离子电池因能量密度高，难
以确保电池充放电的安全性。具体而言，在过度充电状态下，
电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，因
内压上升而导致有发火或破裂的危机。反之，在过度放电状态
下，电解液因分解导致电池特性劣化及耐久性劣化(即充电次
数降低)。所以必须考虑充电、放电时锂电池之安全，确保特性
劣化的防止，但也因为如此，针对锂电池的过充、过放、过电流
及短路电流的保护更显得重要。目前市场上所售锂电池组内
部均封有配套的充放电保护板。保护板上的充放电保护电路
主要是一个锂电池保护 IC，芯片功能完善，性能可靠，专业性
强，不易仿制。

１锂离子电池的保护电路及其功能

锂离子电池的保护电路是由保护 IC 及两颗 Power-MOS-

FET

所构成。其中保护 IC 为监视电池电压；还有延时电路，以

区分浪涌电流和短路电流。当有过度充电及放电状态

[1-4]

时，则

切换以外挂的 Power-MOSFET 来保护电池。保护 IC 的功能
为：(1)过度充电保护；(2)过度放电保护；(3)过电流 / 短路保

护。以下就这三项功能的保护动作加以说明：

(1)

过度充电

[2]

：当锂电池发生过度充电时，电池内电解质

会被分解，使得温度上升并产生气体，使得压力上升而可能引
起自燃或爆裂的危险，锂电池保护 IC 用意就是要防止过充电
的情形发生。过度充电保护 IC 原理：当外部充电器对锂电池
充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状
况，此时保护 IC 需检测电池电压，当到达 4.25 V 时(假设电池
过充点为 4.25 V)即激活过充电保护，将 Power MOS 由 ON—

OFF

，进而截止充电。另外，过充电检出，因噪声所产生的误动

作也是必须要注意的，以免判定为过充保护，因此需要延迟时
间的设定，而 delay time 也不能短于噪声的时间。

(2)

过度放电：在过度放电的情形下，电解液因分解而导

致电池特性劣化，并造成充电次数的降低，锂电池保护 IC 用
以保护其过放电的状况发生，达成保护动作。过度放电保护

原理：为了防止锂电池过度放电之状态，假设锂电池接上

负载，当锂电池电压低于其过放电电压检测点 (假设设定为

2.3 V)

，将激活过放电保护，将 Power MOS 由 ON—OFF，进而

截止放电，达成保护以避免电池过放电现象发生，并将电池保
持在低静态电流的状态(standby mode)，此时耗电为 0.1 μA。
当锂电池接上充电器, 且此时锂电池电压高于过放电电压时,
过放电保护功能方可解除。另外，对于脉冲放电之情形，过放
侦测设有延迟时间用以预防此种误动作的发生。

(3)

过电流及短路电流：因为不明原因(放电时或正负极

遭金属物误触)造成过电流或短路电流发生，为确保安全，使
其停止放电。

电流保护 IC 原理：当放电电流过大或短路情况发生时，

保护 IC 将激活过 (短路) 电流保护，此时过电流的检测是将

Power MOS

的 R

(on)

当成感应阻抗用以监测其电压的下降情