電池保護(hù)器

1、可充電的鋰離子電池具有輸出電壓高、比能量高、放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲(chǔ)存壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛，特別是手機(jī)的小型化及普及，使鋰離子電池用量猛增。為了適應(yīng)各種不同的便攜式電子產(chǎn)品的需要，除單節(jié)鋰離子電池外，還有2～4節(jié)鋰離子電池組成的電池組。鋰離子電池較為“嬌氣”，若在充電過程中充電電壓高于規(guī)定電壓，充電電流超過規(guī)定電流；或在放電過程中有過大的放電電流；放電到終止放電電壓還繼續(xù)放電，就會(huì)損壞電池或使之報(bào)

2、廢。由于目前鋰離子電池價(jià)格較貴，因此開發(fā)出各種保護(hù)元件、保護(hù)器及監(jiān)控器，它們可有效地保護(hù)鋰離子電池在充電或使用不當(dāng)而損壞，監(jiān)控電池能量的信號(hào)輸出。PTC聚合物保護(hù)元件是最簡單的保護(hù)器，它可保護(hù)鋰離子電池在充電或放電過程中不因過大充、放電流或短路而造成電池?fù)p害。但它解決不了在充電過程中的充電電壓過高（過充電）或放電過程中的電池電壓過低（低于終止放電電壓，稱過放電），所以開發(fā)出功能完善的保護(hù)器集成電路。鋰離子電池的基本鋰離子電池的基本參數(shù)參

3、數(shù)鋰離子電池的額定電壓為3.6V（少數(shù)的是3.7V）。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān)：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充電時(shí)要求終止充電電壓的精度在1％之內(nèi)。鋰離子電池的終止放電電壓為2.4～2.7V（電池廠家給出工作電壓范圍或終止放電電壓的參數(shù)略有不同）。高于終止充電電壓及低于終止放電時(shí)會(huì)對電池有損害。使用有一定要求：充電溫度0～45℃；放電或保存溫度20～60℃。鋰離子電池不適合大電流充放電。一般充電電流不大于1C，放電電

4、流不大于2C（C是電池的容量，如C=950mAh，1C的充電率即充電電流為950mA）。充電、放電在20℃左右效果較好，在負(fù)溫下不能充電，并且放電效果差，（在20℃放電效果最差，不僅放電電壓低，放電時(shí)間比20℃放電時(shí)的一半還少）。鋰離子電池保護(hù)器鋰離子電池保護(hù)器IC鋰離子電池保護(hù)器IC有適用于單節(jié)的及2～4節(jié)電池組的。這里介紹這類保護(hù)器的要求，并重點(diǎn)介紹單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器電路。對鋰離子電池保護(hù)器的基本要求：1充電時(shí)要充滿，終止充電電壓

5、精度要保護(hù)1％；2在充、放電過程中不過流，并有短路保護(hù)；3到達(dá)終止放電電壓要禁止繼續(xù)放電，終止放電電壓精度在3％左右；4對深度放電的電池（低于終止放電電壓）在充電前以涓流方式預(yù)充電；5為了工作穩(wěn)定可靠，防止瞬態(tài)電壓變化的干擾，內(nèi)部有過充電、過放電、過流保護(hù)的延時(shí)電路，防止瞬態(tài)干擾造成誤動(dòng)作；6在多個(gè)串聯(lián)的電池組充電時(shí)，要保護(hù)各節(jié)電池電壓的匹配平衡，匹配精度要求10％左右；7自身耗電?。o論在充、放電時(shí)保護(hù)器都是通電工作的）。單節(jié)電池保護(hù)

6、器耗電一般小于10μA，多節(jié)的一般在20μA左右；在到達(dá)終止放電時(shí)，它處于關(guān)閉狀態(tài)，一般耗電2μA以下；8保護(hù)器電路簡單，外圍元器件少，占空間小，可以做在電池或電池組中；9價(jià)格低。單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器這里以AIC1811單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器為例來說明保護(hù)器的電路及工作原理。該器件主要特點(diǎn)：終止充電電壓有4.35V、4.30V及果把導(dǎo)通的V1、V2看做一個(gè)電阻，即RV1DS（ON）及RV2DS（ON），則放電回路如圖3

7、的虛線所示。若忽略R2上極小的壓降，則VCS對地的電壓為：VCS=[RV1DS（ON）RV2DS（ON）]IL即VCS與放電電流IL成比例。過流保護(hù)電路由比較器P3、延時(shí)電路或門等組成。若放電電流超過設(shè)定閾值而使VCS超過0.2V，則P3輸出高電平，其結(jié)果與過放電情況相同使V2截止，禁止放電。該器件尚有其他功能，這里不再介紹。3～4節(jié)鋰離子電池保節(jié)鋰離子電池保護(hù)器護(hù)器這里以MAX1894MAX1924為例說明其功能及特點(diǎn)。MAX1894

8、設(shè)計(jì)用于4節(jié)鋰離子電池組，而MAX1924適用于3節(jié)或4節(jié)的電池組。兩個(gè)保護(hù)器可監(jiān)控串聯(lián)電池中每一個(gè)電池的電壓，避免過充電及過放電，從而有效地延長電池的壽命。另外，它也能防止充、放電時(shí)電流過大或短路。兩個(gè)器件組成的保護(hù)器電路如圖4所示。它是一種用于4節(jié)鋰離子電池組的保護(hù)器。它與圖1不同之處是為了使串聯(lián)的4個(gè)電池在充電時(shí)每一個(gè)電池的電壓基本相等（均壓），所以它增加了內(nèi)部電路及外部電阻、電容等元件；另外，它由微控制器（μC）來控制，它可以輸

9、出電池的狀態(tài)信號(hào)，使功能更完善。兩個(gè)器件的主要特點(diǎn)：每個(gè)電池的過壓閾值由工廠設(shè)定，其電壓精度可達(dá)0.5％；終止放電電壓閾值由工廠設(shè)定，精度可達(dá)2％；有關(guān)閉模式，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)耗電0.8μA，可防止電池深度放電；工作電流典型值30μA，小尺寸16管腳QSOP封裝；工作溫度范圍40～85℃。鋰離子電池監(jiān)控器鋰離子電池監(jiān)控器鋰離子電池監(jiān)控器除了有保護(hù)電路外（可保護(hù)電池在充電、放電過程免于過充電、過放電和過熱），并且能輸出電池剩余能量信號(hào)（用LCD

10、顯示器可形象地顯示出電池剩余能量），使用者能隨時(shí)了解電池的剩余能量狀態(tài)，以便及時(shí)充電或更換電池。它主要用于有μC或μP的便攜式電子產(chǎn)品中，如手機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、醫(yī)療儀器或音、視頻裝置等。這里以DS2760為例說明該器件的特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路。該器件有溫度傳感器，能檢測雙向電流的電流檢測器及電池電壓檢測器，并有12位ADC將模擬量轉(zhuǎn)模成數(shù)字量；有多種存儲(chǔ)器，能實(shí)現(xiàn)電池剩余能量的計(jì)算。它是將數(shù)據(jù)采集、信息計(jì)算與存儲(chǔ)及安全保護(hù)于一身。另