锂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池的保护IC功能之外,还有其他的保护IC的新功能。
一、工作原理
1.充电时的过电流保护
当连接充电器进行充电时突然产生过电流(如充电器损坏),电路立即进行过电流检测,此时Cout将由高转为低,功率MOSFET由开转为切断,实现保护功能。
V-=I&TImes;Rds(on)&TImes;2
(I是充电电流;Vdet4,过电流检测电压,Vdet4为-0.1V)
2.过度充电时的锁定模式
通常保护IC在过度充电保护时将经过一段延迟时间,然后就会将功率MOSFET切断以达到保护的目的,当锂电池电压一直下降到解除点(过度充电滞后电压)时就会恢复,此时又会继续充电→保护→放电→充电→放电。这种状态的安全性问题将无法获得有效解决,锂电池将一直重复着充电→放电→充电→放电的动作,功率MOSFET的栅极将反复地处于高低电压交替状态,这样可能会使MOSFET变热,还会降低电池寿命,因此锁定模式很重要。假如锂电保护电路在检测到过度充电保护时有锁定模式,MOSFET将不会变热,且安全性相对提高很多。
在过度充电保护之后,只要充电器连接在电池包上,此时将进入过充锁定模式。此时,即使锂电池电压下降也不会产生再充电的情形,将充电器移除并连接负载即可恢复充放电的状态。
3.减少保护电路组件尺寸
将过度充电和短路保护用的延迟电容器整合在到保护IC里面,以减少保护电路组件尺寸。
二、对保护IC性能的要求
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,因此需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
随着使用时间的增加,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,此时就需要再度充电。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,因此需要使保护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20mΩ~30mΩ,这样过电流检测电压就可较低。
4.耐高电压
电池包与充电器连接时瞬间会有高压产生,因此保护IC应满足耐高压的要求。