鋰離子電池保護電路工作原理

鋰離子電池的保護功能通常由保護電路板和PTC協同完成，保護板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環境下時刻準確地監視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時控制電流回路的通斷；PTC的重要用途是在高溫環境下進行保護，防止電池發生燃燒、爆炸等惡性事故。

保護電路通常由控制IC、MOs開關管、熔斷保險絲、電阻、電容等元件組成，如圖2所示。正常的情況下，控制IC輸出信號控制MOs開關管導通，使電芯與外電路導通，當電芯電壓或回路電流超過規定值時，它立即控制MOS管關斷，以保護電芯的安全。

1、正常狀態

在正常狀態下電路中N1的CO與DO腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導通狀態，鋰離子電池可以自由地進行充電和放電，由于MOSFET的導通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導通電阻對電路的性能影響很小。此狀態下保護電路的消耗電流為μA級，通常小于7μA。

2、過充電保護

鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4.2V(根據正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉為恒壓充電，直至電流越來越小。

電池在被充電過程中，假如充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續恒流充電，此時電池電壓仍會繼續上升，當電池電壓被充電至超過4.3V時，電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現安全問題。

在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V時，其CO腳將由高電壓轉變為零電壓，使V2由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對鋰離子電池進行充電，起到過充電保護用途。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發出關斷V2信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設為1秒左右，以防止因干擾而造成誤判斷。

3、過放電保護

鋰離子電池在對外部負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時假如讓電池繼續對負載放電，將造成電池的永久性損壞。

在電池放電過程中，當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，其DO腳將由高電壓轉變為零電壓，使V1由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護用途。而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。

由于在過放電保護狀態下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極小，此時控制IC會進入低功耗狀態，整個保護電路耗電會小于0.1μA。在控制IC檢測到鋰離子電池電壓低于2.3V至發出關斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，通常設為100毫秒左右，以防止因干擾而造成誤判斷。

4、過電流保護

由于鋰離子電池的化學特性，鋰離子電池生產廠家規定了其放電電流最大不能超過2C(C=電池容量/小時)，當電池超過2C電流放電時，將會導致電池的永久性損壞或出現安全問題。