锂离子电池及其充电保护模块简介
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锂离子电池基本概念
1、锂离子电池标称电压 3.7V（3.6V）,充电截止电压 4.2V 2、对锂离子电池充电要求（GB/T18287 2000 规范）：首先恒流充电，即电流一定，而电池电压随着 充电过程逐步升高，当电池端电压达到 4.2V（4.1V）,改恒流充电为恒压充电，即电压一定，电流根据电 芯的饱和程度，随着充电过程的继续逐步减小，当减小到 0.01C 时，认为充电终止。 （C 是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是 1000mAh 的容量，1C 就是充电电流 1000mA， 注意是 mA 而不是 mAh，0.01C 就是 10mA。）当然，规范的表示方式是 0.01C5A,我这里简化了。 3、为什么认为 0.01C 为充电结束：这是国家标准 GB/T18287-2000 所规定的，也是讨论得出的。以前 大家普遍以 20mA 为结束，邮电部行业标准 YD/T998-1999 也是这样规定的，即不管电池容量多大，停止电 流都是 20mA。国标规定的 0.01C 有助于充电更饱满，对厂家一方通过鉴定有利。另外，国标规定了充电时 间不超过 8 小时，就是说即使还没有达到 0.01C,8 小时到了，也认为充电结束。（质量没问题的电池，都 应在 8 小时内达到 0.01C,质量不好的电池，等下去也无意义）. 4、既然电池内有保护板，我们是否就可以放心了呢：不是，因为保护板的截止参数是 4.35V（这还是 好的，差的要 4.4 到 4.5V),保护板是应付万一的,假如每次都过充,电池也会很快衰减的。 5、多大的充电电流算是合适的：理论上越小对电池越有好处。但你总不能为了一块电池充电等 3 天 吧。国标规定的低倍率充电是 0.2C（仲裁充电制式）,还以上面的 1000mAh 容量的电池为例，就是 200mA， 那么我们可以估计出这只电池 5 个多小时可以充饱。（容量 mAh＝电流 mA×时间 h） 国家技术监督部门鉴定锂电容量，是以 1C 的高倍率充电，以 0.2C 的低倍率放电，以时间计算出容量 值，试验次数 5 次，有 1 次容量达到试验结束。（就是有 5 次机会，如果第一次试验就合格了，后面的 4 次不做）检测之前允许有一次预循环，就是以 1C 恒流充电至 4.2V 即停止，而没有后面的恒压到 0.01C 的 过程，更没有 14 小时. 6、锂离子电池能承受多大的充电电流：厂家试验时可以很高，但国标高倍率规定为 1C，还以上面的 电池为例，1 个多小时即可充满。这么大的充电电流，电池能承受吗？对于目前的锂离子电芯，是小意思 而已。目前没有对充电器的国家标准，所执行的是邮电部行业标准 YD/T998 1999/2,里面规定了充电器的 电流不得大于 1C。 7、寿命是怎样规定的：简单说是指电池经过 N 次 1C 充、1C 放电后，容量下降到 70%，此时的 N 就是 寿命。并不是说 300 次还可以用，301 次就不能用了。国标规定寿命不得小于 300 次。我们平时使用的条 件没有检测时这么严酷，寿命会更长。
高压危险区 ---------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V) 高压警戒区 ---------------锂离子电池充电限制电压 4.20V 正常使用区 ---------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V) 低压警戒区 ---------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V) 低压危险区
参数的含义与过充保护的类似,不赘述. 3.过流保护,当工作电流超出设定值时,由保护 IC 切断 Mosfet 管.等工作电流回归到允许的电压是,重 新恢复 Mosfet 管的导通. 过流电流压降:0.1V,这里保护 IC 判断的是电流流过 Mosfet 而产生的压降,用这个电压除于 Mosfet 的 导通阻抗就可以近似得到过流保护的电流.一般在 3~5A 左右. 过流延时:8 毫秒,注意这个延时比前面的几个过充过放的延时要短许多. 4.短路.其实这个功能是过流保护的扩展,当保护 IC 检测电池输出正负极之间电压小于规定值时,认为 此时电池处于短路状态,立即切断回路.等短路的故障排除再恢复回路.短路时电池的输出正负极的电压为 零,而实际电芯的电压还是正常的. 短路检测延时:10 微秒,这个延时更是短暂,几乎是短路的瞬间就切断了回路,可以避免短路对电池带来 的巨大损伤. 还有一个参数,称为保护 IC 的自耗,如上图,可以看到,保护 IC 是通过电阻 R1 利用了电芯的电压来进行 工作的.不可避免的要消耗一部分电池的容量.一般保护 IC 的功耗是做的非常小的.在 3 微安左右,最大不超 过 6 微安. 在保护回路里面还有一个器件,如上图标示的 Fuse,就是保险丝.它是串联在电池的回路中.它的作用是 在保护线路失效的情况下,作为最后的防线,对于过流或高温的锂离子电池进行切断回路的动作.该 Fuse 根 据工作原理分为一次性保险丝(就象家里电表下用的那种)和可恢复保险丝(又称为 PTC).
锂离子充电保护模块
保护 IC+Mosfet 可以实现的功能如下(四大保护): 1.过充保护,当电池芯的电压超过设定值时,由保护 IC 切断 Mosfet 管.等电芯电压回归到允许的电压是, 重新恢复 Mosfet 管的导通. 过充检测电压:4.275V+/-0.025V,电芯电压一超过这个值,就触发过充保护 过充释放电压:4.175V+/-0.030V,处于过充保护的电芯电压只有降到这个值时才会停止保护. 过充保护延时:1 秒.当电压持续超过过充检测电压 1 秒以上才会触发过充保护,这个是为了防止误判和 误操作而设置的. 2.过放保护,当电池芯的电压降低得超过设定值时,由保护 IC 切断 Mosfet 管.等电芯电压回归到允许的 电压时,重新恢复 Mosfet 管的导通. 过放检测电压:2.3V+/-0.08V 过放释放电压:2.4VБайду номын сангаас 过放保护延时:125 毫秒
1.在正常使用区内.锂离子电池可以正常发挥其特性,也没有危险. 2.高压警戒区.虽然这个区域处于保护线路的保护范围之内,并不意味着此时锂离子电池也是安全的. 长期处于这种程度的过充,会很快的降低电池的循环寿命. 据测试,将新锂离子电池充电到 4.3V 使用可以比充电到 4.2V 的锂离子电池提高 15%左右的容量,但是 在 50 次循环以后,其容量衰减到原来的 80%,寿命整整缩短了 10 倍. 3.低压警戒区.处于该区域的锂离子电池不适合快速充电,要先用小电流将电池电压提升到 3.0V 以上 才可以快速充电.否则容易导致锂离子极性材料发生不良反应,影响电池性能.而这个电压的锂离子电池也 非常容易因为电池本身的自耗和锂离子保护线路的自耗很快的掉近低压危险区.那就危险了.而且这个自耗 是保护线路无法保护的. 4.低压危险区,长期处于低压危险区的锂离子电池,性能将近一步恶化. 在低电压(小于 2V)或更低的电压情况下,正极材料的钴锂酸(又称尖晶石)晶格发生变化,其晶体机构会 以枝晶形式生产.这种枝晶发展长大的话会戳穿正负极的隔膜,导致电池微短路.进一步恶化电池的性能.甚 至导致电池发生膨胀,彻底报废. 5.高压危险区.此时保护线路已经失效,或者根本没有保护线路.在这个区域的锂离子电池(特别是 4.8V 以上),锂离子内部会发生剧烈的反应,产生强大的热量,导致电池内压正极,使电芯变形,不同于低度过充, 这种变化是一次性的,即一次高度过充就可以造成电池发鼓.甚至爆炸.
1、锂离子电池标称电压 3.7V（3.6V）,充电截止电压 4.2V 2、对锂离子电池充电要求（GB/T18287 2000 规范）：首先恒流充电，即电流一定，而电池电压随着 充电过程逐步升高，当电池端电压达到 4.2V（4.1V）,改恒流充电为恒压充电，即电压一定，电流根据电 芯的饱和程度，随着充电过程的继续逐步减小，当减小到 0.01C 时，认为充电终止。 （C 是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是 1000mAh 的容量，1C 就是充电电流 1000mA， 注意是 mA 而不是 mAh，0.01C 就是 10mA。）当然，规范的表示方式是 0.01C5A,我这里简化了。 3、为什么认为 0.01C 为充电结束：这是国家标准 GB/T18287-2000 所规定的，也是讨论得出的。以前 大家普遍以 20mA 为结束，邮电部行业标准 YD/T998-1999 也是这样规定的，即不管电池容量多大，停止电 流都是 20mA。国标规定的 0.01C 有助于充电更饱满，对厂家一方通过鉴定有利。另外，国标规定了充电时 间不超过 8 小时，就是说即使还没有达到 0.01C,8 小时到了，也认为充电结束。（质量没问题的电池，都 应在 8 小时内达到 0.01C,质量不好的电池，等下去也无意义）. 4、既然电池内有保护板，我们是否就可以放心了呢：不是，因为保护板的截止参数是 4.35V（这还是 好的，差的要 4.4 到 4.5V),保护板是应付万一的,假如每次都过充,电池也会很快衰减的。 5、多大的充电电流算是合适的：理论上越小对电池越有好处。但你总不能为了一块电池充电等 3 天 吧。国标规定的低倍率充电是 0.2C（仲裁充电制式）,还以上面的 1000mAh 容量的电池为例，就是 200mA， 那么我们可以估计出这只电池 5 个多小时可以充饱。（容量 mAh＝电流 mA×时间 h） 国家技术监督部门鉴定锂电容量，是以 1C 的高倍率充电，以 0.2C 的低倍率放电，以时间计算出容量 值，试验次数 5 次，有 1 次容量达到试验结束。（就是有 5 次机会，如果第一次试验就合格了，后面的 4 次不做）检测之前允许有一次预循环，就是以 1C 恒流充电至 4.2V 即停止，而没有后面的恒压到 0.01C 的 过程，更没有 14 小时. 6、锂离子电池能承受多大的充电电流：厂家试验时可以很高，但国标高倍率规定为 1C，还以上面的 电池为例，1 个多小时即可充满。这么大的充电电流，电池能承受吗？对于目前的锂离子电芯，是小意思 而已。目前没有对充电器的国家标准，所执行的是邮电部行业标准 YD/T998 1999/2,里面规定了充电器的 电流不得大于 1C。 7、寿命是怎样规定的：简单说是指电池经过 N 次 1C 充、1C 放电后，容量下降到 70%，此时的 N 就是 寿命。并不是说 300 次还可以用，301 次就不能用了。国标规定寿命不得小于 300 次。我们平时使用的条 件没有检测时这么严酷，寿命会更长。
高压危险区 ---------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V) 高压警戒区 ---------------锂离子电池充电限制电压 4.20V 正常使用区 ---------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V) 低压警戒区 ---------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V) 低压危险区
参数的含义与过充保护的类似,不赘述. 3.过流保护,当工作电流超出设定值时,由保护 IC 切断 Mosfet 管.等工作电流回归到允许的电压是,重 新恢复 Mosfet 管的导通. 过流电流压降:0.1V,这里保护 IC 判断的是电流流过 Mosfet 而产生的压降,用这个电压除于 Mosfet 的 导通阻抗就可以近似得到过流保护的电流.一般在 3~5A 左右. 过流延时:8 毫秒,注意这个延时比前面的几个过充过放的延时要短许多. 4.短路.其实这个功能是过流保护的扩展,当保护 IC 检测电池输出正负极之间电压小于规定值时,认为 此时电池处于短路状态,立即切断回路.等短路的故障排除再恢复回路.短路时电池的输出正负极的电压为 零,而实际电芯的电压还是正常的. 短路检测延时:10 微秒,这个延时更是短暂,几乎是短路的瞬间就切断了回路,可以避免短路对电池带来 的巨大损伤. 还有一个参数,称为保护 IC 的自耗,如上图,可以看到,保护 IC 是通过电阻 R1 利用了电芯的电压来进行 工作的.不可避免的要消耗一部分电池的容量.一般保护 IC 的功耗是做的非常小的.在 3 微安左右,最大不超 过 6 微安. 在保护回路里面还有一个器件,如上图标示的 Fuse,就是保险丝.它是串联在电池的回路中.它的作用是 在保护线路失效的情况下,作为最后的防线,对于过流或高温的锂离子电池进行切断回路的动作.该 Fuse 根 据工作原理分为一次性保险丝(就象家里电表下用的那种)和可恢复保险丝(又称为 PTC).
锂离子充电保护模块
保护 IC+Mosfet 可以实现的功能如下(四大保护): 1.过充保护,当电池芯的电压超过设定值时,由保护 IC 切断 Mosfet 管.等电芯电压回归到允许的电压是, 重新恢复 Mosfet 管的导通. 过充检测电压:4.275V+/-0.025V,电芯电压一超过这个值,就触发过充保护 过充释放电压:4.175V+/-0.030V,处于过充保护的电芯电压只有降到这个值时才会停止保护. 过充保护延时:1 秒.当电压持续超过过充检测电压 1 秒以上才会触发过充保护,这个是为了防止误判和 误操作而设置的. 2.过放保护,当电池芯的电压降低得超过设定值时,由保护 IC 切断 Mosfet 管.等电芯电压回归到允许的 电压时,重新恢复 Mosfet 管的导通. 过放检测电压:2.3V+/-0.08V 过放释放电压:2.4VБайду номын сангаас 过放保护延时:125 毫秒
1.在正常使用区内.锂离子电池可以正常发挥其特性,也没有危险. 2.高压警戒区.虽然这个区域处于保护线路的保护范围之内,并不意味着此时锂离子电池也是安全的. 长期处于这种程度的过充,会很快的降低电池的循环寿命. 据测试,将新锂离子电池充电到 4.3V 使用可以比充电到 4.2V 的锂离子电池提高 15%左右的容量,但是 在 50 次循环以后,其容量衰减到原来的 80%,寿命整整缩短了 10 倍. 3.低压警戒区.处于该区域的锂离子电池不适合快速充电,要先用小电流将电池电压提升到 3.0V 以上 才可以快速充电.否则容易导致锂离子极性材料发生不良反应,影响电池性能.而这个电压的锂离子电池也 非常容易因为电池本身的自耗和锂离子保护线路的自耗很快的掉近低压危险区.那就危险了.而且这个自耗 是保护线路无法保护的. 4.低压危险区,长期处于低压危险区的锂离子电池,性能将近一步恶化. 在低电压(小于 2V)或更低的电压情况下,正极材料的钴锂酸(又称尖晶石)晶格发生变化,其晶体机构会 以枝晶形式生产.这种枝晶发展长大的话会戳穿正负极的隔膜,导致电池微短路.进一步恶化电池的性能.甚 至导致电池发生膨胀,彻底报废. 5.高压危险区.此时保护线路已经失效,或者根本没有保护线路.在这个区域的锂离子电池(特别是 4.8V 以上),锂离子内部会发生剧烈的反应,产生强大的热量,导致电池内压正极,使电芯变形,不同于低度过充, 这种变化是一次性的,即一次高度过充就可以造成电池发鼓.甚至爆炸.