锂电池保护电路的设计

电子科技/2006 年 10 月 15 日

能使电池起火甚至爆炸，危及主机以及使用者。因
此，锂离子电池组内必须安装防止电池遭受过电压
和短路的保护电路

[3]

。

1.2 锂离子电池保护电路的功能

（1）电池组中任何一只单体电池的充电电压超

过允许的最大值时，切断充电回路。

（2）电池组中任何一只单体电池的放电电压低

于极限电压时，切断放电回路。

（3）若电池组的放电电流大于极限值，或负载

电路短路时，切断放电回路。

（4）当上述不正常状态消除后，应能自动地恢

复电池组的正常工作专状态。

（5）保护电路自身功耗应比较之小。

充电过程中，允许充电的电压范围是：每节

电池 2.25V～4.2V。在过充电检测时，需要适应脉
冲充电方式并防止因噪声而导致错误操作，为此，
应设定适当的延迟时间。放电过程中，锂离子电池
的电压下限为 2.25V，其所要求的误差精度并不如
充电电压精确，但必须有适当的过放电延迟时间。
当电池电压低于过放电保护电压时，应当关闭电池
放电，避免电池过放电现象发生。过电流检时，当
放电电流超过设定值时，保护电路应该关闭电池放
电回路，但需要设定延迟时间，以适合电容性负载
的要求，避免发生将流向容性负载的脉冲电流当作
过电流检测出来而中止放电的情况

[4]

。

2 硬件设计

2.1 工作原理

锂离子电池保护电路是通过 MOSFET 管对充电

与放电回路的关断与打开，从而实现对锂离子电池
的保护功能。由此我们给出电池保护电路的原理方
框图如图 1：保护电路由 CPU（PIC16C74）、单体电
池电压转换电路、电源电路、放电电流检测电路和
过充电、过充放电控制 MOSFET 电路等部分组成。

图 1 保护电路的原理方程图

路单体电池电压经转换电路转换为对地的电

压后送入 CPU（PIC16C74）的 I/O 口，经过 CPU
内部的 8 个 A/D 器变换后，电压与过压、欠压门限
值比较，比较结果再经过故障逻辑判断，如果各单
体电池的电压均在过压值以下，欠压门限值以上，
输出驱动信号，使过充电、过放电控制 MOSFET
导通，电池组正常充放电。如果任意一个单体电池
的电压高于过充电门限值，输出信号使充电控制
MOSFET

关断，电池组停止充电工作。如果任意一

个单体电池的电压低于过放电保护门限值，输出信
号使放电控制 MOSFET 关断，电池组停止放电工
作。过电流时，PTC 高阻，切断电路。电路总的原
理图如图 2 所示。

图 2 电路原理图

七路
电压
变换
电路

电源电路

CPU

过充电

过放电

控制端

EB+

PTC

EB-

RC0 RC2 RC3 RC1

PICI6C74B

RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RE1/AN6 RE0/AN5 RA5/AN4

FET1

FET2

POS

NEG

◎