經常在論壇上看到這樣一種觀點:"長時間充電對鋰離子電池不會有損害,這是因為有保護電路的存在."

我想這里有兩個問題要澄清:

1.長時間對鋰離子電池充電,如果是用的原裝正品的充電器或座充,確實是不會有損害的.這個不是因為保護線路的功勞,而是靠充電線路的嚴格精確的設計來保證的.
2.有保護線路的存在,并不能完全的防止鋰離子電池的過充的發生,保護線路只有在電池過充的時候才會起防止進一步過充的作用.

這是幾個數據

RICOH推出的適合4.2V鋰離子電池的保護芯片,其過充保護電壓是4.35V+/-0.05V,日本精工SIEKO推出的8241系列中適合4.2V鋰離子電池的保護芯片,其過充保護電壓是4.275V+/-0.025V

而鋰離子電池充飽的時候,其電池電壓應該落在4.20V+/-0.04V之間,并沒有觸發保護線路動作.之所以廠家說明長時間充電不會過充是因為手機的充電管理確保在電池電壓已經到達4.20V以后不會繼續充電.而是保持監視狀態.

等到了過充保護的電壓,比如4.275V,這個鋰離子電池已經是過充了,此時保護線路才被切斷.防止進一步過充的危險.

講完了這個認識誤區,下面帶大家認識一下手機鋰離子電池的內部機構.主要談一下鋰離子的保護線路的功能及其工作原理.有興趣的網友可以往下看:

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鋰離子保護線路全解剖

一般用戶接觸到手機鋰離子電池,在外面看到的除了電池外殼,還有就是幾個五金觸片了,如圖中"電池正極,電池負極"就是的電池正負極輸出.

┏━━Fuse━━━━━┳━━━━━━━━━┫電池正極
┃R1
┃┃
┇┏┻━━┓
┏┻┓┃保護IC┃
┏┻━┻┓┏┫┃
┃┃┃┗━━┳┛┏━━┫標識電阻
┃鋰離子┃┃┃┃
┃電芯┃┃┃R2
┃┃┃┃┃
┗━┳━┛┃┻Mosfet┃
┃┃┏╈┓┃
┗━━━━━━━┻━━┻┛┗━━━┻━━┫電池負極

而實際真正供電的源泉是電池塑料殼里面的鋰離子電池芯,但是由于鋰離子電芯的"嬌嫩"的特性,比如過充和過放,大電流放電,短路等非常規動作都會對鋰離子電芯造成極大的傷害.所以保護線路的功能就是在上述非常規動作發生時及時的切斷回路.保護鋰離子電芯.而這些保護動作就是圖中的保護IC來判斷,由它來控制一對Mosfet場效應管來導通和切斷主供電回路,對鋰離子電芯進行保護.

市面上常用的這種保護IC的生產廠商有SEIKO精工,RICOH理光,Motorala摩托羅拉半導體等.

以精工的S8241系列芯片來具體介紹各項保護功能.

眾所周知,以恒壓充電限制電壓來劃分,鋰離子電池有4.1V恒壓充電和4.2V恒壓充電兩種類型.現在4.1V的版本已經很少,絕大多數是4.2V的恒壓充電類型的.下面的數據就只針對4.2V恒壓充電的鋰離子電池來討論.

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保護IC+Mosfet可以實現的功能如下(四大保護):

1.過充保護,當電池芯的電壓超過設定值時,由保護IC切斷Mosfet管.等電芯電壓回歸到允許的電壓是,重新恢復Mosfet管的導通.

過充檢測電壓:4.275V+/-0.025V,電芯電壓一超過這個值,就觸發過充保護

過充釋放電壓:4.175V+/-0.030V,處于過充保護的電芯電壓只有降到這個值時才會停止保護.

過充保護延時:1秒.當電壓持續超過過充檢測電壓1秒以上才會觸發過充保護,這個是為了防止誤判和誤操作而設置的.

2.過放保護,當電池芯的電壓降低得超過設定值時,由保護IC切斷Mosfet管.等電芯電壓回歸到允許的電壓時,重新恢復Mosfet管的導通.

過放檢測電壓:2.3V+/-0.08V

過放釋放電壓:2.4V

過放保護延時:125毫秒

參數的含義與過充保護的類似,不贅述.

3.過流保護,當工作電流超出設定值時,由保護IC切斷Mosfet管.等工作電流回歸到允許的電壓是,重新恢復Mosfet管的導通.

過流電流壓降:0.1V,這里保護IC判斷的是電流流過Mosfet而產生的壓降,用這個電壓除于Mosfet的導通阻抗就可以近似得到過流保護的電流.一般在3~5A左右.

過流延時:8毫秒,注意這個延時比前面的幾個過充過放的延時要短許多.

4.短路.其實這個功能是過流保護的擴展,當保護IC檢測電池輸出正負極之間電壓小于規定值時,認為此時電池處于短路狀態,立即切斷回路.等短路的故障排除再恢復回路.短路時電池的輸出正負極的電壓為零,而實際電芯的電壓還是正常的.

短路檢測延時:10微秒,這個延時更是短暫,幾乎是短路的瞬間就切斷了回路,可以避免短路對電池帶來的巨大損傷.

還有一個參數,稱為保護IC的自耗,如上圖,可以看到,保護IC是通過電阻R1利用了電芯的電壓來進行工作的.不可避免的要消耗一部分電池的容量.一般保護IC的功耗是做的非常小的.在3微安左右,最大不超過6微安.

在保護回路里面還有一個器件,如上圖標示的Fuse,就是保險絲.它是串聯在電池的回路中.它的作用是在保護線路失效的情況下,作為最后的防線,對于過流或高溫的鋰離子電池進行切斷回路的動作.該Fuse根據工作原理分為一次性保險絲(就象家里電表下用的那種)和可恢復保險絲(又稱為PTC).

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