锂离子电池保护电路方案设计

锂电池必须考虑充电、放电时的安全性

,以防止特性劣化。但锂离子电池能量密度高,难以

确保电池的安全性

,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

,容易使内压上升而产生自燃或破裂的危险;反之,在过度放电状态下,电解液因分解导致

电池特性及耐久性劣化

,降低可充电次数。因此锂电池的过充、过度放电、过电流及短路保护

很重要

,所以通常都会在电池包内设计保护线路,用以保护锂电池。

1 电路设计

1.1 电路概述

　　锂离子电池保护电路包括过度充电保护、过电流

/ 短路保护和过放电保护等,该电路

就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全

,并防止特性劣化。它主要由集成保护电路

IC、贴片电阻、贴片电容、场效应管(MOSFET) 、有的还有热敏电阻(NTC) 、识别电阻( ID) 、保
险丝

( FUSE) 等构成。

　　其中集成保护电路

IC 用来检测保护电路当前的电压、电流、时间等参数以此来控制

场效应管的开关状态

;场效应管(MOSFET) 则根据保护 IC 来控制回路中是否有需开或关; 贴

片电阻用作限流

; 贴片电容作用为滤波、调节延迟时间;热敏电阻用来检测电池块内的环境温

度

; 保险丝防止流过电池的电流过大,切断电流回路。

1.2 电路原理及参数确定

1.2.1 过度充电保护

　　当充电器对锂电池过度充电时

,锂电池会因温度上升而导致内压上升,需终止当前充

电的状态。此时

,集成保护电路 IC 需检测电池电压,当到达 4.25V 时(假设电池过充电压临界

点为

4.25 V) 即激活过度充电保护,将功率 MOS 由开转为切断,进而截止充电。另外,为防止由

于噪音所产生的过度充电而误判为过充保护

,因此需要设定延迟时间,并且延迟时间不能短于

噪音的持续时间以免误判。过充电保护延时时间

tvdet1 计算公式为:

　　

t vdet1 = { C3 ×( Vdd - 0. 7) }/ (0. 48 ×10 - 6 ) (1)

　　式中

: Vdd 为保护 N1 的过充电检测电压值。

　　简便计算延时时间

: t = C3/ 0. 01 ×77 (ms) (2)

如若

C3 容值为 0.22 F ,则延时值为:0. 22 /0. 01 ×77 = 1694 (ms)

1.2.2 过度放电保护

在过度放电的情况下

,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。过度