锂离子电池保护芯片原理以及保护IC的功能介绍

锂离子电池保护芯片原理

锂离子电池PACK设计过程中一定会用到锂离子电池保护板或者相应的BMS，甚至于各种通信协议，但是锂离子电池保护十分重要，这些必须要要了解保护芯片工作原理，只有了解这些基本的保护芯片工作原理，才能更好的设计锂离子电池组，甚至可以协助品质部分一起分析异常电池或电路。

1、保护芯片工作原理中的重要元器件的介绍：IC：它是保护芯片的核心，首先取样电池电压，然后通过判断发出各种指令。MOS管：它重要起开关用途。

2、保护芯片正常工作：保护芯片上MOS管刚开始可能处于关断状态，锂离子电池接上保护芯片后，必须先触发MOS管，P+与P-端才有输出电压，触发常用方法用一导线把B-与P-短接。

3、保护芯片过充保护：在P+与P-上接上一高于电池电压的电源，电源的正极接B+、电源的负极接B-，接好电源后，锂离子电池开始充电，电流方向流向电流从电源正极出发，流经电池、D1、MOS2到电源负极，IC通过电容来取样电池电压的值，当电池电压达到4.25v时，IC发出指令，使引脚CO为低电平，这时电流从电源正极出发，流经电池、D1、到达MOS2时由于MOS2的栅极与CO相连也为低电平，MOS2关断，整个回路被关断，电路起到保护用途。

4、保护芯片过放保护：在P+与P-上接上一合适的负载后，电池开始放电其电流方向如I2，电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极；当电池放电到2.5v时IC采样并发出指令，让MOS1截止，回路断开，电池被保护了。

5、过流保护：在P+与P-上接上一合适的负载后，电池开始放电其电流方向如I2，电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极，当负载突然减小，IC通过VM引脚采样到突然增大电流而出现的电压这时IC采样并发出指令，让MOS1截止，回路断开，电池被保护了。

6、短路保护：在P+与P-上接上空负载后，电池开始放电电流方向如I2，电流从电池的正极经负载、D2、MOS1到电池的负极，IC通过VM引脚采样到突然增大电流而出现的电压这时IC采样并发出指令，让MOS1截止，回路断开，锂离子电池被保护。

锂离子电池保护IC的功能

锂离子电池除了过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能等锂电的保护IC功能外，还有其他的保护IC的新功能。

1.过度充电保护的高精密度化

当锂离子电池有过度充电状态时，为防止因温度上升所导致的内压上升，须截止充电状态。保护IC将检测电池电压，当检测到过度充电时，则过度充电检测的功率MOSFET使之切断而截止充电。此时应注意的是过度充电的检测电压的高精密度化，在电池充电时，使电池充电到饱满的状态是使用者很关心的问题，同时兼顾到安全性问题，因此要在达到容许电压时截止充电状态。要同时符合这两个条件，必须有高精密度的检测器，目前检测器的精密度为25mV，该精密度将有待于进一步提高。

2.降低保护IC的耗电

随着使用时间的新增，已充过电的锂离子电池电压会逐渐降低，最后低到规格标准值以下，此时就要再度充电。若未充电而继续使用，可能造成由于过度放电而使电池不能继续使用。为防止过度放电，保护IC必须检测电池电压，一旦达到过度放电检测电压以下，就得使放电一方的功率MOSFET切断而截止放电。但此时电池本身仍有自然放电及保护IC的消耗电流存在，因此要使保护IC消耗的电流降到最低程度。

3.过电流/短路保护需有低检测电压及高精密度的要求

因不明原因导致短路时必须立即停止放电。过电流的检测是以功率MOSFET的Rds（on）为感应阻抗，以监视其电压的下降，此时的电压若比过电流检测电压还高时即停止放电。为了使功率MOSFET的Rds（on）在充电电流与放电电流时有效应用，需使该阻抗值尽量低，目前该阻抗约为20m~30m，这样过电流检测电压就可较低。

4.耐高电压

锂离子电池包与充电器连接时瞬间会有高压出现，因此保护IC应满足耐高压的要求。

5.低电池功耗

在保护状态时，其静态耗电流必须要小0.1μA.

6.零伏可充电

有些锂离子电池在存放的过程中可能因为放太久或不正常的原因导致电压低到0V，故保护IC要在0V时也可以实现充电。