锂电池解决方案

锂电池解决方案篇一：单芯片锂电池保护解决方案高集成度单芯片锂电池保护解决方案 目前锂电池的应用越来越广泛，从手机、MP3、MP4、GPS、玩具等便携式设备到需要持续保存数据的煤气表，其市场容量已经达到每月几亿只。为了防止锂电池在过充电、过放电、过电流等异常状态影响电池寿命，通常要通过锂电池保护装置来防止异常状态对电池的损坏。锂电池保护装置的电路原理如图 1 所示，主要是由电池保护控制 IC 和外接放电开关 M1 以及充电开关 M2 来实现。当 P+/P-端连接充电器，给电池正常充电时，M1，M2 均处于导通状态；当控制 IC 检测到充电异常时，将 M2 关断终止充电。当 P+/P-端连接负载，电池正常放电时，M1，M2均导通；当控制 IC 检测到放电异常时，将 M1 关断终止放电。 图 1：锂电池保护装置电路原理。 几种现有的锂电池保护方案 图 2 是基于上述锂电池保护原理所设计的一种常用的锂电池保护板。图中的 SOT23-6L 封装的是控制 IC，SOP8封装的是双开关管 M1，M2。由于制造控制 IC 的工艺与制造开关管的工艺各不相同，因此图 2 中两个芯片是从不同的工艺流程中制造出来的，通常这两种芯片也是由不同的芯片厂商提供。 图 2： 传统的电池保护方案。 近几年来，业界出现了将几个芯片封装在一起以提高集成度、缩小最后方案面积的趋势。锂电池保护市场也不例外。图 3 中的两种锂电池保护方案 A 及 B 看起来是将图2 中的两个芯片集成于一个芯片中，但实际上其封装内部控制器 IC 及开关管芯片仍是分开的，来自不同的厂商，该方案仅仅是将二者合封在一起，俗称“二芯合一” 。 图 3： “二芯合一”的锂电池保护方案。由于内部两个芯片实际仍来自于不同厂商，外形不能很好匹配，因此导致最终封装形状各异，很多情况下不能采用通用封装。这种封装体积比较大，又不能节省外围元件，所以这种“二芯合一”的方案实际上并省不了太多空间。在成本方面，虽然两个封装的成本缩减成一个封装的成本，但由于这个封装通常比较大，有的不是通用封装，有的为了缩小封装尺寸，需要用芯片叠加的封装形式，因此与传统的两个芯片的方案相比，其成本优势并不明显。图 4 是一种真正的将控制器芯片及开关管芯片集成在同一晶圆的单芯片方案。传统方案原理图 1 中的开关管是 N 型管，接在图 1 中的 B-与 P-之间，俗称负极保护。 图 4 中的方案由于技术原因，开关管只能改为 P 型管，接在 B+与P+之间，俗称正极保护。用此芯片完成保护板方案后，在检测保护板时用户需要更换测试设备及理念。此方案虽然减少了一定的封装成本，但芯片成本并没有得到减少，在与量大成熟的传统方案竞争时也没有真正的成本优势。相反其与传统方案不相容的正极保护理念成了其推广过程的巨大障碍。 图 4：正极保护的锂电池保护方案。 上面的“二芯合一”方案及单芯片正极保护方案虽然在方案面积及成本上给用户带来了一定的优势，但优势仍不明显。这些方案同时又带来了一些弊端，因此在与成熟的传统方案竞争客户的过程中，最终还是只能以降低毛利空间来打价格战。由于这些方案的真正原始成本并没有明显的优势，所以随着传统方案的控制 IC 及开关管芯片的降价，这些“二芯合一”的方案或正极保护方案并没有能够撼动传统方案的市场统治地位。 篇二：新型锂离子电池线性充电解决方案新型锂离子电池线性充电解决方案 来源：广电电器网 导读 锂离子电池在性能优异的同时也对充电器提出了更高的要求，这些要求主要体现在充电过程的控制和锂电池保护方面，具体表现为较大的充电电流、高精度的充电电压、分阶段的充电模式和完善的保护电路等。 关键词：线性充电锂离子电池 锂离子电池以其能量密度高、充放电性能优异、无污染等特点逐渐取代传统的镍镉、镍氢电池、铅酸电池被广泛应用于现代便携式电子产品中。 相对于其他类型电池，锂离子电池在性能优异的同时也对充电器提出了更高的要求，这些要求主要体现在充电过程的控制和锂电池保护方面，具体表现为较大的充电电流、高精度的充电电压、分阶段的充电模式和完善的保护电路等。 芯片介绍 SE9018 是一款恒流/恒压模式的锂离子电池线性充电芯片，采用内部 PMOSFET 架构，并集成有防倒充电路，不需要外部隔离二极管。 芯片预设充饱电压为，精度为%，充电电流可通过外部电阻进行设置，最大持续充电电流可达 1A.当芯片由于工作功率大、环境温度高或 PCB 散热性能差等原因导致结温高于 140时，内部热反馈电路会自动减小充电电流，将芯片温度控制在安全范围之内。为使芯片能够维持高效工作状态，应采取措施尽量降低芯片工作功率和芯片温度，例如输入端串联小电阻（降低输入电压） 、增大 PCB 散热铜箔面积、使芯片散热片与 PCB 铜箔充分接触等。图 1 SE9018 脚位图 图 2 SE9018 原理图 SE9018 内部集成电池温度监测电路，当电池温度超出正常范围（过高或过低）时，芯片自动停止充电过程，防止电池因为温度过高或过低而损伤。 电池温度监测是通过判断 TEMP 端电压（VTEMP）实现的，VTEMP 由一个包括电池内部 NTC 热敏电阻在内的电阻分压网络提供。 当 VTEMP 处于 45%VCC 与 80%VCC 之间时，芯片判断电池温度处于正常范围内；当 VTEMP 45%VCC 或VTEMP 80%VCC 时，芯片判断电池温度过高或过低；当TEMP 端接地时，电池温度监测功能被禁用。 SE9018 包含两个漏极开路的状态指示输出端 CHRG 和STDBY，当电路处于充电状态时，CHRG 端置低电平，STDBY端为高阻态；当电池充饱时，CHRG 端变为高阻态，STDBY端置低电平。当电池温度监测功能正常使用时，如果芯片未连接电池或电池温度超出正常范围，CHRG 端和 STDBY 端均为高阻态；当电池温度监测功能被禁用时，如果芯片未连接电池，STDBY 端为低电平，CHRG 端输出脉冲信号。 SE9018 的其他功能包括手动停机、欠压闭锁、自动再充电等。 典型的基于 SE9018 的锂离子电池充电电路如图 3 所示。CE 端为高电平时，SE9018 正常工作。 图 3 SE9018 典型应用电路 1.充电电流的设置 恒流充电过程中的充电电流 Ibat 由 PORG 端与 GND 端之间的电阻 Rprog 设定，Ibat 与 Rprog 阻值的关系为： 公式 1 例如，如果想得到 1A 的恒定充电电流，根据公式 1可得 Rprog=1200。 2.电池温度监测电路设置 电池温度监测电路的设置主要是对 R1 和 R2 进行设置，假设 NTC 热敏电阻在最低工作温度时的电阻为 RTL，在最高工作温度时的电阻为 RTH（RTL 与 RTH 的数据可查相关电池手册或通过实验得到） ，则 R1，R2 的阻值分别为： 公式 2 公式 3 在实际应用中，如果只需要高温保护，不需要低温保护，可以将 R2 去掉。此时，R1 的阻值为： 公式 4 3.手动停机设置 在充电过程中，可随时通过置 CE 端为低电平或去掉Rprog（PROG 端浮置）将 SE9018 置于停机状态，此时电池漏电流降至 2uA 以下，输入电流降至 70uA 以下。 4.欠压闭锁状态 若输入电压 VCC 低于欠压锁定阈值或 VCC 与电池电压Vbat 之差小于 120mV，SE9018 处于欠压闭锁状态。 当芯片处于停机状态或欠压闭锁状态时，CHRG 端与STDBY 端均为高阻态。 5.正常充电工作周期 当 SE9018 的各输入端与电池均处于正常状态时，充电电路进入正常充电周期，此周期包括四种基本工作模式：涓流充电、恒流充电、恒压充电、充电结束与再充电。 若电池电压 Vbat 低于，充电电路进入涓流充电模式，此时充电电流为恒流充电电流的十分之一（如果恒流充电电流被设置为 1A，则涓流充电电流为 100mA） ，涓流充电状态会一直保持到电池电压 Vbat 达到涓流充电模式主要是为了避免电池电压太低时大电流冲击给电池内部结构带来的损害。 电池电压高于但小于预设充饱电压时，充电电路处于恒流充电模式，如上所述，充电电流由 Rprog 确定。 电池电压达到时，充电电路进入恒压充电模式，此时 BAT 端电压维持在，充电电流逐渐减小。此过程的主要作用是减小电池内阻对于充饱电压的影响，使电池充电更加充分。 当充电电流减小至恒流充电电流的 1/10 时，充电电路停止向电池充电并进入低功耗的待机状态。在待机状态时，SE9018 会持续监测电池电压，如果电池电压降至以下，充电电路会再次对电池进行充电。 6. 指示灯状态 表 1 7.兼容 USB 电源与适配器电源的电路 同时，使用 SE9018 芯片可以实现适用于 USB 电源和适配器电源的充电电路，电路图如图 4 所示。 图 4 USB 与适配器方案 使用 USB 电源供电时，PMOS 与 NMOS 栅极被下拉至低电位，PMOS 导通， USB 电源对 SE9018 进行供电，SCHOTTKY 二极管防止 USB 端向适配器端漏电。NMOS 截止，Rp1 被断开，Rprog = ，恒流充电电流为 500mA. 篇三：多节锂离子电池的充放电保护解决方案多节锂离子电池的充放电保护解决方案锂离子电池是一种应用广泛的可充电电池，它具有单体工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环使用寿命长，可在较短时间内快速充足电以及允许放电温度范围宽等优点。此外，锂离子电池还有自放电电流小、无记忆效应和无环境污染等优点。其全球供货量正在持续增加。根据市场调研公司的报告，07 全年锂离子可充电电池的全球供货量比上年增加了 17%。而随着锂离子电池的使用面的扩大，对锂离子电池的充放电保护就显得愈发重要。 锂离子电池的保护 锂离子电池供电设备的安全性是人们目前最为关注的问题，所以对其的保护就非常重要。锂离子电池的保护主要包括过充电保护、过放电保护、过电流及短路保护等。 1 过充电保护 当充电器对锂离子电池过充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。为此，保护器件需监测电池电压，当其到达电池过充电压时，即激活过充电保护功能，中止充电。2 过放电保护 为了防止锂离子电池的过放电状态，当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，中止放电，并将电池保持在低静态电流的待机模式。 3 过电流及短路保护 当锂离子电池的放电电流过大或短路情况产生时，保护器件将激活过电流保护功能。 多节锂离子电路的保护 单体锂离子电池的额定电压为，不能满足高电压供电场合的需要，因此就需要多节锂离子电池串联使用。为此，各有关电源管理控制集成电路生产厂商纷纷推出了自己的多节锂离子电池（电池组）保护集成电路芯片，如精工技术有限公司（SII）的 S-8204B （S-8204B 隶属于 S-8204系列，该系列的另一个产品是 S-8204A。两者的区别是 S-8204A 配合 P 沟道 MOSFET 工作，S-8204B 则配合 N 沟道MOSFET 工作） 。这类产品的特点是监控 3、4 节锂离子电池的充放电状态，可实现过充、过放和过电流保护。以 S-8204B 为例，它能对各节锂离子电池的电压进行高精度检测，具有 3 段过电流检测功能，通过外接电容可设置过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间、放电过电流检测延迟时间 1 和放电过电流检测延迟时间 2，还能通过 SEL 端子切换 3/4 节锂离子电池串联使用。不过，它最大的特点是可以级联使用，下节将对 S-8204B 的这一功能进行详细说明。保护芯片级联 上面提到的电池保护芯片最多能保护 4 节锂离子电池，然而很多应用都需要 512 节锂离子电池串联工作，比如电动工具、电动自行车和 UPS，此时又如何解决呢？答案很简单，就是同时使用多个锂电池保护芯片。如图 1 所示，两个保护芯片串联在一起，由 2 个 N 沟道 MOSFET 做控制开关，可以保护 8 节锂离子电池，三个保护芯片串联在一起，就保护了 12 节锂离子电池。这种多保护芯片的串联就是保护芯片的“级联” 。以 S-8204B 为例，两个 S-8204B 联合使用，用 2 个 N 沟道MOSFET 在低压侧端进行控制，这样通过单颗 IC 可选 3 节和4 节的功能就可以实现对 68 节串联锂离子电池的保护。如果是 5 节锂离子电池串联，则可以使用一个 S-8204B 与其他锂离子电池保护芯片串联，实现保护功能。这种多保护芯片的灵活组合，可以完成对任意数目锂离子电池的保护。图 1 多节锂离子电池的级联 下面，详细介绍一下保护芯片级联的具体工作情况。还是以 S-8204B 为例，其 CTLC 端子可由芯片外部控制 COP端子的输出电压、而 CTLD 端子则可由芯片外部控制 DOP 端子的输出电压。通过 CTLC 端子以及 CTLD 端子可以分别单独控制 COP 端子与 DOP 端子的输出电压。并且，这些控制功能优先于芯片内部的电池充放电保护功能。如果 8 节电池中的某一节电池发生过充，与该电池相连接的 S-8204B的 COP 端子输出电压会发生变化，该电压变化会传递到与其相连接的另一个 S-8204B 的 CTLC 端子，使得另一个 S-8204B 的 COP 端子输出电压也发生变化，从而控制充电控制用 MOSFET 关断，实现锂离子电池的过充电保护。如果 8 节电池中的某一节电池发生过放电时，则由与该电池相连接的 S-8204B 的 DOP 端子向另一个 S-8204B 芯片的 CTLD 端子发出