1、单节锂电池保护和镍氢电池相比较锂电池由于其体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池、自放电率低等优点在许多方面得到了广泛应用。但与镍氢电池相比，能量密度更高的锂电池在安全方面则显的更为重要。所以，在锂电池的使用过程中，合理的保护线路是锂电池正常、安全工作必不可少的要求。事实上锂电池有锂金属电池、锂离子电池和锂聚合物电池之分；其中锂金属电池通常作为一次电池，也就是不可充电电池，其放电电流不大，应用也不是很广泛；目前我们常说的锂电池实际上是锂离子电池，也是目前应用最广泛的锂电池，在手机、PDA、掌上数码设备上几乎都是锂离子电池的天下；锂聚合物电池是第三代锂电池，它的安全性能、能量密度
2、、最大放电电流、对环境的污染等参数是目前三种锂电池中最优秀的，日后的发展趋势当是最好的，而且它的充电管理和保护部分几乎与现有的锂离子电池兼容应用起来很方便。在以下文字中以锂离子电池为例说明保护线路的设计，文字中锂电池指锂离子电池。常规的锂电池标称电压为 3.6V 或 3.7V，充满电后为 4.1V 或 4.2V。多节锂电池可以并联或串联以获得更大的容量或更高的电压。单节锂电池的保护线路设计和多节串联的保护线路设计有所不同。先介绍单节锂电池保护电路的设计。一、保护电路的功能1 过充电保护：对锂电池来说，其充电后最高电压不得超过 4.2V，否则电池内的电解质会被分解,使得温度上升并产生气体,降低电
3、池的使用寿命，严重时甚至会引起爆炸，所以锂电池保护电路一定要保证锂电池绝对不可过度充电。2 过放电保护：和过充一样，锂电池在过度放电的时候，也会缩短其使用寿命，而且过充过放对锂电池造成的损害是不可逆的。3 过电流/短路保护：锂电池的最大放电电流有一定限制，过大的放电电流同样会引起锂电池的不可恢复的损坏，影响其使用寿命。若由于外部短路引起锂电池大电流放电时要立刻停止放电，否则对锂电池本身和外部设备都可能会造成严重的损害。二、保护功能的实现目前可以实现锂电池保护功能的芯片很多，单节锂电池保护的方案已经很 成熟，国外、台湾、大陆都有很多种芯片可以选择，目前日系理光和精工的方案采用的比较多，比如精工
4、S8421，理光的 R5421、R5426 等。这两款方案成熟，外围电路简单，但是价格贵。台湾也有几家公司做比如 AIC 和富晶，据说深圳那边用的比较多，另外还有 CS213 好像是新德的产品，用的也不少。大陆杭州有家士兰微电子公司做的 SC451，其外围电路和理光的 R5421 完全一样，可以直接替换，不过据说 SC451 在零下 10 度的时候工作不正常，不过我没有试过，有用过的同行不妨确认一下。另外以做摄像头 DSP 芯片出名的中星微也推出了几款锂电池保护管理 IC，至于效果我并没有用过，也不大清楚。各种保护 IC 实现的功能相差无几，其保护模式和外部线路也大同小异，在实际应用中可根据需
5、要选择不同 IC，下面以 SC451 为例。SC451 为保护 IC，SOT-23-6 封装，提供过充过放过流保护，M1、M2 为 N-MOS，在线路中起开关作用，当线路发生异常时，SC451 动作，使 M1、M2 处于关断状态，切断锂电池供电回路，达到保护锂电池的目的。1 过充电保护：不同 IC，同 IC 的不同型号的过充电保护电压是不同的，有 4.25V 也有 4.35V 的，这个都需要根据使用的实际情况选择。 SC451 的过充保护电压在 4.284.38 之间，典型值为 4.34V，也就是说当电池电压上升到 4.34V 时 M2 动作，切断供电回路，停止充电，显然比 4.2V 要高出不
6、少，但在充电过程中，为了防止脉冲电压的干扰引起保护线路保护动作，保护 IC 的过保护电压取值都会稍微高些，另外还是为了防止这个脉冲引起保护 IC 误动作，通常过充保护都需要一定的延时时间。锂电池过充保护后，解除过充保护状态有两种方法，可以取下充电器，去连接负载或者令其自放电当锂电池的电压降至 4.15V时，解除过充保护状态。2 过放电保护：电池电压降至 2.4V 时，进入过放电保护状态，M1 关闭，切断供电回路，锂电池停止对外供电，并将电池保持在低静态电流的状态,此时耗电为 0.3uA（不同 IC此值不同） 。同样，为了防止误动作，过放电保护也需要一定的延时时间。当锂电池接上充电器,且此时锂电
7、池电压高于过放电电压时, 可解除过放电保护功能。3 过电流 /短路保护：在正常工作模式下，如果保护 IC 检测到放电电流过大，即激活过电流保护功能，关闭 M1，切断供电回路，过电流保护的电流门槛值由保护 IC 和 MOS的 Rds(on)共同决定。其计算公式为：最大过放电电流保护 IC 过电流检测电压/Rds（on）*2。不同保护 IC 的过电流检测电压不同，常用为 0.15V 或 0.3V。同样，过电流保护也要有一定的延时时间。若由于外部负载引起保护，将外部负载移除即可从保护状态恢复。三、有时，电池接入保护电路后，电池并没有处于正常模式，无法对外放电，此时只要将电池接入充电器即可。保护 IC
8、 种类很多，选择的时候要多方考虑，个儿觉得除了功能和价格以外，保护IC 的自身功耗、外围电路是否够简单、保护 IC 的各参数精度是否符合要求，体积是否足够小，都要考虑周到，一款优秀的保护板除了保护功能完善以外，低功耗也是重要的参数。另外，做好的保护板不可以直接接到电池上使用，须经过严格的测试，看其各项指标是否符合设计要求，检测无误后方可正式使用。测试用的仪器现在市场上有卖的，单节保护板目前超思思和长信口碑还不错，但也有很多公司都是自己开发设计保护板测试仪器。另外要强调的是保护板虽然可以保护锂电芯，但也不可因此就不按正常方式使用锂电池，保护板是锂电池的最后一道防线，保护板只能应付异常条件引起的严重故障，若因使用不当保护板损坏应立即停止使用，以免发生危险。以上为个人近日总结。请各位同行斧正
