鋰在元素周期表上位于第3位，因外層電子數(shù)為1個(gè)，容易失去從而形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故鋰是一種非常活潑的金屬。由鋰元素制成的鋰離子電池，具有放電電流大、內(nèi)阻低、壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛使用。但鋰離子電池在使用中嚴(yán)禁過充電、過放電和短路，否則將會(huì)引起電池壽命縮短或起火、爆炸等事故，因此可充型鋰電池都會(huì)連接一塊充放電保護(hù)電路板（常簡(jiǎn)稱保護(hù)板）來保護(hù)電芯的安全，如圖1所示。

    鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成，保護(hù)板由電子元件組成，在－40℃～＋85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確地監(jiān)視電芯的電壓和充放電回路的電流，并及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC的主要作用是在高溫環(huán)境下進(jìn)行保護(hù)，防止電池發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故。

    ［提示］PTC是英文Positivetemperature coefficient的縮寫，意即正溫度系數(shù)電阻（溫度越高，阻值越大）。該元件可起過流保護(hù)作用，即防止電池高溫放電和不安全的大電流充放電。PTC器件采用高分子材料聚合物，通過嚴(yán)格的工藝制成，由聚合物樹醋基體及分布在里面的導(dǎo)電粒子組成。在正常情況下，導(dǎo)電粒子在樹醋中構(gòu)成導(dǎo)電通路，器件表現(xiàn)為低阻抗；當(dāng)電路中有過流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，流經(jīng)PTC的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合物樹醋基體體積膨脹，因而切斷導(dǎo)電粒子間的連接，從而對(duì)電路起到過流保護(hù)作用。當(dāng)故障解啥后，該元件可自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，保證電路正常工作。

    一、鋰電池的充放電要求
      1.鋰電池的充電
    單節(jié)鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過充，否則會(huì)因正極的鋰離子丟失太多而使電池報(bào)廢。對(duì)鋰電池充電時(shí)，應(yīng)采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉(zhuǎn)入恒壓充電模式；當(dāng)恒壓充電電流降至100mA時(shí)，應(yīng)停止充電。

    充電電流（mA）可為0.1～1.5倍電池容量，例如：1350mAh的鋰電池，其充電電流可控制在135mA～2025mA之間。常規(guī)充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右，充電時(shí)間約為2～3小時(shí)。

    2. 鋰電池的放電
    由于鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，放電時(shí)鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證在下次充電時(shí)鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會(huì)縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。單節(jié)鋰電池的放電終止電壓通常為3.0V，最低不能低于2.5V。電池放電時(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。電池放電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量／放電電流，且鋰電池放電電流（mA）不應(yīng)超過電池容量的3倍，例如：1000mAh的鋰電池，則放電電流應(yīng)嚴(yán)格控制在3A以內(nèi)，否則會(huì)使電池?fù)p壞。

    二、保護(hù)電路的組成
    保護(hù)電路通常由控制IC、MOs開關(guān)管、熔斷保險(xiǎn)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(hào)控制MOs開關(guān)管導(dǎo)通，使電芯與外電路導(dǎo)通，當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí)，它立即控制MOS管關(guān)斷，以保護(hù)電芯的安全。

    控制IC內(nèi)置高精度電壓檢測(cè)電路和多級(jí)電流檢測(cè)電路。其中，電壓檢測(cè)電路一是對(duì)充電電壓進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到其設(shè)定閾值（通常為3.9V～4.4V），立即進(jìn)入過充電保護(hù)狀態(tài)；二是對(duì)放電電壓進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到其設(shè)定閾值（通常為2.0V～3.0V ），立即進(jìn)入過放電保護(hù)狀態(tài)。

    在該電路中，MOS開關(guān)管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封裝形式，其外形如圖3所示。這些MOS開關(guān)管有的內(nèi)含一只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，如FDMC7680，其①～③腳為S極，④腳為G極，⑤～⑧腳為D極，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示；有的內(nèi)含兩只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，如FDW9926A、8205A等，其引腳功能與封裝形式有關(guān)，如圖5所示。



【提示】若控制IC與MOs開關(guān)管上有小圓形凹點(diǎn)，則該凹點(diǎn)所對(duì)管腳為①腳；若表面沒有凹點(diǎn)，則元件型號(hào)標(biāo)注左側(cè)的第一個(gè)管腳為①腳，其余引腳按逆時(shí)針方向排列。另外，在換用MOS開關(guān)管時(shí)，需根據(jù)實(shí)際線路走向判斷其內(nèi)部電路，從而進(jìn)行正確的代換。

    另外，部分鋰電池保護(hù)電路中還安裝有NTC和ID信號(hào)形成元件。NTC是英文Negativetemperature coefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)電阻。該元件在此電路中主要起過熱保護(hù)作用，即當(dāng)電池自身或其周邊環(huán)境溫度升高時(shí)，NTC元件阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)作出反應(yīng)，若溫度超過一定值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，停止充放電。ID是Identification的縮寫，即身份識(shí)別的意思，其信息識(shí)別的元件分為兩種：一是存儲(chǔ)器，常為獸線接口存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息；二是識(shí)別電阻，這兩者均可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。

    三、保護(hù)電路工作原理分析

    單節(jié)鋰電池的正常輸出電壓約為3.7V，可直接作為手機(jī)、MP3/MP4及部分小屏幕的平板電腦的電源。對(duì)于需要較高電壓的電器而言，如移動(dòng)DVD/EVD或大屏幕平板電腦，這時(shí)可用多節(jié)鋰電池串聯(lián)得到所需電壓，如一款需11.1V供電的平板電腦，則配用電池組件為三塊串聯(lián)的鋰電池。單節(jié)鋰電池與多節(jié)串聯(lián)鋰電池的保護(hù)電路有所不同，下面分別舉例分析。

    1．單節(jié)鋰電池保護(hù)電路
    單節(jié)鋰電池充放電保護(hù)電路的具體組成方案較多，但工作原理相差不大，下面以在手機(jī)中用得較多的一種電路為例進(jìn)行分析，供參考。

    該電路的控制芯片為DW01（或312F） ， MOS開關(guān)管為8205A，如圖6所示，B＋、B-分別是接電芯的正、負(fù)極；P＋、P -分別是保護(hù)板輸出的正、負(fù)極； T為溫度電阻（NTC）端口，一般需要與用電器的CPU配合才能進(jìn)行保護(hù)控制。

    DWO1或312F是一款鋰電池保護(hù)芯片，內(nèi)置有高精確度的電壓檢測(cè)與時(shí)間延遲電路，主要參數(shù)如下：過充檢測(cè)電壓為3V，過充釋放電壓為4.05V；過放檢測(cè)電壓為2.5V，過放釋放電壓為3.0V ；過流檢測(cè)電壓為5V，短路電流檢測(cè)電壓為1.0V；DW01允許電池輸出的最大電流是3.3A。該芯片的引腳功能見表1。

    （1）正常工作
    該保護(hù)板的電路如圖7所示，當(dāng)電芯電壓在2.5V～4.3V之間時(shí)，DW01的①、③腳均輸出高電平（等于供電電壓），②腳電壓為0V。此時(shí)8205A內(nèi)的兩只N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q2均處于導(dǎo)通狀態(tài)，由于8205A的導(dǎo)通電阻很小，相當(dāng)于D、S極間直通，此時(shí)電芯的負(fù)極與保護(hù)電路的P-端相當(dāng)于直接連通，保護(hù)電路有電壓輸出，其電流回路如下：B＋→P＋→負(fù)載。P-→8205A的②、③腳→8205A的①腳→8205A的⑧腳→8205A的⑥、⑦腳→B-。

    【提示】在此電路中，8205A內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q2可等效為兩只開關(guān)，當(dāng)Q1或Q2的G極電壓大于1V時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，D、S間內(nèi)阻很小（數(shù)十毫歐姆），相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)G極電壓小于0.7V時(shí)，開關(guān)管截止，D、S極間的導(dǎo)通內(nèi)阻很大（幾兆歐姆），相當(dāng)于開關(guān)斷開。

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