[實用新型]超低功耗鋰電池充放電保護電路

有效

• 申請號: 201721168380.5
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN207234455U
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 閆劉;張新天
• 申請（專利權）人: 上海芯錄微電子科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02H7/18
• 代理公司: 上海大視知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31314
• 代理人: 蔡沅

技術領域

本實用新型涉及電子技術領域，特別涉及電池充放電電路技術領域，具體是指一種超低功耗鋰電池充放電保護電路。

背景技術

近年來，PDA、手機、攝像機、便攜式音樂設備、游戲機、助動車、電動車、藍牙設備等越來越多的產品開始采用鋰電池來當做它的主要電源。原因不外乎鋰電池體積小、能量密度高、無記憶效應、循環壽命高、高電壓、自放電率低等優點。由于鋰電池與鎳鎘、鎳氫電池不同，其必須考慮充電、放電時的安全，防止特性劣化的防止。但也因此，針對鋰電池的過充、過放、過電流及短路電流的保護就顯得更為重要。所以通常都會在電池包內設計保護線路用以保護鋰電池，由此可見鋰電池保護IC的重要性。

鋰離子電池因能量密度高，電池的安全性存在一定的風險。具體而言，在過度充電狀態下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產生氣體，電池內壓上升，存在導致著火或破裂的危險。反之，在過度放電狀態下，電解液因分解導致電池特性劣化及耐久性劣化(即充電次數降低)。

鋰離子電池的保護電路就是要確保電池處于過度充電及放電狀態時的安全性，并防止特性的劣化。

傳統的鋰離子電池保護電路如圖1所示，其功能包括:(1)過度充電保護、(2)過度放電保護、 (3)過電流/短路保護。以下就這三項功能的保護動作加以說明。

1)過度充電:

當鋰電池發生過度充電時，電池內電解質會被分解，使得溫度上升并產生氣體，使得壓力上升而可能引起自燃或爆裂的危機，鋰電池保護IC用意就是要防止過充電的情形發生。

過度充電保護IC原理:

當外部充電器對鋰電池充電時，為防止因溫度上升所導致的內壓上升，需終止充電狀況，此時保護IC需檢測電池電壓，當到達4.25V時(假設電池過充點為4.25V)及啟動過充電保護，將Power MOS由ON轉為OFF，進而截止充電。

另外，過充電檢測有可能被噪聲干擾而產生誤動作，為免將噪聲判定為過充保護，需要設定延遲時間，而延遲時間也不能短于噪聲的時間。

2)過度放電:

在過度放電的情形下，電解液因分解而導致電池特性劣化，并造成充電次數的降低，鋰電池保護IC用以保護其過放電的狀況發生，達成保護動作。

過度放電保護IC原理:

為了防止鋰電池過度放電之狀態，假設鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低于其過放電電壓檢測點(假設設定為2.3V)，將啟動過放電保護，將Power MOS由ON轉為OFF，進而截止放電，達成保護以避免電池過放電現象發生。并將電池保持在低靜態電流的狀態(standby mode)。

當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高于過放電電壓時，過放電保護功能方可解除。

另外，為了對于脈沖放電之情形，過放偵測也設有延遲時間用以預防此種誤動作。

3)過電流及短路電流:

因為不明原因(放電時或正負極遭金屬物誤觸)造成過電流或短路電流發生，為確保安全，使其停止放電。

電流保護IC原理:

當放電電流過大或短路情況發生時，保護IC將啟動過(短路)電流保護，此時過電流的檢測是將Power MOS的Rds(on)當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形，若比所設定的過電流檢測電壓還高則停止放電。

公式為:

V-＝I×Rds(on)×2

其中，V-為過電流檢測電壓，假設V-＝0.2V，Rds(on)＝25mΩ，則保護電流的大小為I＝4A

同樣的，過電流檢出也必須要設有延遲時間以防有突然的電流流入時可能會發生的誤動作。

通常在過電流發生后，若能移除過電流的原因(例如:馬上與負載脫離等)，就會回復其正常狀態，可以再實行正常的充放電動作。

保護電路的要求:

A)過度充電保護的高精化:

當鋰離子電池有過度充電狀態時，為防止因溫度上升所導致的內壓上升，須截止充電狀態。此保護IC即檢測電池電壓，當偵測到過度充電時，則使過度充電偵測的Power-MOSFET 設置為OFF，截止充電。此時應當注意過度充電的檢測電壓的高精度化。在電池充電時，使電池充電到飽滿的狀態是使用者很在意的問題，同時，兼顧到安全性的問題，就得在達到容許電壓時截止充電狀態。要同時符合這兩個條件，就要有非常高精度的偵測器，目前精度為 25mV，但將來勢需有更精度的要求。

B)減低保護IC的耗電流達到過度放電保護目的: