锂电池的工作原理就是充放电保护系统的不同？

锂在元素周期表上位于第3位，因外层电子数为1个，简单失掉然后构成稳定结构，故锂是一种非常生动的金属。由锂元素制成的锂离子电池，具有放电电流大、内阻低、寿命长、无回忆效应等长处，现已被广泛运用。但锂离子电池在运用中禁止过充电、过放电和短路，不然将会引起电池寿命缩短或起火、爆炸等事故，因而可充型锂电池都会衔接一块充放电维护电路板（常简称维护板）来维护电芯的安全。

锂电池的维护功能一般由维护电路板和PTC协同完成，维护板由电子元件组成，在－40℃～＋85℃的环境下时刻准确地监督电芯的电压和充放电回路的电流，并及时操控电流回路的通断；PTC的主要效果是在高温环境下进行维护，避免电池发生燃烧、爆炸等恶性事故。

［提示］PTC是英文Positivetemperaturecoefficient的缩写，意即正温度系数电阻（温度越高，阻值越大）。该元件可起过流维护效果，即避免电池高温放电和不安全的大电流充放电。PTC器材选用高分子材料聚合物，经过严厉的工艺制成，由聚合物树醋基体及分布在里面的导电粒子组成。在正常情况下，导电粒子在树醋中构成导电通路，器材表现为低阻抗；当电路中有过流现象发生时，流经PTC的大电流发生的热量使聚合物树醋基体体积膨胀，因而堵截导电粒子间的衔接，然后对电路起到过流维护效果。当毛病解啥后，该元件可自动恢复到初始状况，确保电路正常作业。

一、锂电池的充放电要求

1.锂电池的充电

单节锂电池的最高充电中止电压为4.2V，不能过充，不然会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。对锂电池充电时，应选用专用的恒流、恒压充电器，先恒流充电至锂电池两头电压为4.2V后，转入恒压充电方式；当恒压充电电流降至100mA时，应中止充电。

充电电流（mA）可为0.1～1.5倍电池容量，例如：1350mAh的锂电池，其充电电流可操控在135mA～2025mA之间。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时刻约为2～3小时。

2.锂电池的放电

因为锂电池的内部结构原因，放电时锂离子不能悉数移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以确保在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。不然，电池寿命会缩短。为了确保石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严厉限制放电中止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。单节锂电池的放电中止电压一般为3.0V，最低不能低于2.5V。电池放电时刻长短与电池容量、放电电流巨细有关。电池放电时刻（小时）＝电池容量／放电电流，且锂电池放电电流（mA）不该超越电池容量的3倍，例如：1000mAh的锂电池，则放电电流应严厉操控在3A以内，不然会使电池损坏。

二、维护电路的组成

维护电路一般由操控IC、MOs开关管、熔断保险丝、电阻、电容等元件组成，如图2所示。正常的情况下，操控IC输出信号操控MOs开关管导通，使电芯与外电路导通，当电芯电压或回路电流超越规定值时，它立即操控MOS管关断，以维护电芯的安全。

操控IC内置高精度电压检测电路和多级电流检测电路。其中，电压检测电路一是对充电电压进行检测，一旦到达其设定阈值（一般为3.9V～4.4V），立即进入过充电维护状况；二是对放电电压进行检测，一旦到达其设定阈值（一般为2.0V～3.0V），立即进入过放电维护状况。

在该电路中，MOS开关管多选用薄型TSSOP-8或SOT23-6封装方式，其外形如图3所示。这些MOS开关管有的内含一只N沟道场效应管，如FDMC7680，其①～③脚为S极，④脚为G极，⑤～⑧脚为D极，其内部结构如图4所示；有的内含两只N沟道场效应管，如FDW9926A、8205A等，其引脚功能与封装方式有关。

【提示】若操控IC与MOs开关管上有小圆形凹点，则该凹点所对管脚为①脚；若表面没有凹点，则元件类型标示左边的第一个管脚为①脚，其他引脚按逆时针方向排列。别的，在换用MOS开关管时，需依据实践线路走向判别其内部电路，然后进行正确的代换。

别的，部分锂电池维护电路中还安装有NTC和ID信号构成元件。NTC是英文Negativetemperaturecoefficient的缩写，意即负温度系数电阻。该元件在此电路中主要起过热维护效果，即当电池本身或其周边环境温度升高时，NTC元件阻值下降，运用电设备或充电设备及时作出反应，若温度超越必定值时，体系进入维护状况，中止充放电。ID是Identification的缩写，即身份辨认的意思，其信息辨认的元件分为两种：一是存储器，常为兽线接口存储器，存储电池种类、生产日期等信息；二是辨认电阻，这两者均可起到产品的可追溯和使用的限制。

三、维护电路作业原理剖析

单节锂电池的正常输出电压约为3.7V，可直接作为手机、MP3/MP4及部分小屏幕的平板电脑的电源。关于需求较高电压的电器而言，如移动DVD/EVD或大屏幕平板电脑，这时可用多节锂电池串联得到所需电压，如一款需11.1V供电的平板电脑，则配用电池组件为三块串联的锂电池。单节锂电池与多节串联锂电池的维护电路有所不同，下面别离举例剖析。

1．单节锂电池维护电路

单节锂电池充放电维护电路的详细组成计划较多，但作业原理相差不大，下面以在手机中用得较多的一种电路为例进行剖析，供参阅。

该电路的操控芯片为DW01（或312F），MOS开关管为8205A，如图6所示，B＋、B-别离是接电芯的正、负极；P＋、P-别离是维护板输出的正、负极；T为温度电阻（NTC）端口，一般需求与用电器的CPU合作才干进行维护操控。

DWO1或312F是一款锂电池维护芯片，内置有高精确度的电压检测与时刻延迟电路，主要参数如下：过充检测电压为3V，过充开释电压为4.05V；过放检测电压为2.5V，过放开释电压为3.0V；过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V；DW01允许电池输出的最大电流是3.3A。

（1）正常作业

该维护板的电路如图7所示，当电芯电压在2.5V～4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平（等于供电电压），②脚电压为0V。此刻8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状况，因为8205A的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此刻电芯的负极与维护电路的P-端相当于直接连通，维护电路有电压输出，其电流回路如下：B＋→P＋→负载。P-→8205A的②、③脚→8205A的①脚→8205A的⑧脚→8205A的⑥、⑦脚→B-。

【提示】在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小（数十毫欧姆），相当于开封闭合；当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大（几兆欧姆），相当于开关断开。

（2）过放电维护

当电芯经过外接的负载进行放电时，电芯两头的电压将渐渐下降，一起DW01内部将经过电阻R1实时监测电芯电压，当电芯电压下降到2.3V（一般称为过放维护电压）时，DWO1以为电芯已处于过放电状况，其①脚电压变为0，8205A内Q1截止，此刻电芯的B-与-之间处于断开状况，即电芯的放电回路被堵截，电芯将中止放电。

进入过放电维护状况后，电芯电压会上升，若能上升到IC的门限电压（一般为3.1V，一般称为过放维护恢复电压），DW0的①脚恢复输出高电平，8205A内的Q1再次导通。

（3）电池充电

无论维护电路是否进入过放电状况，只要给维护电路的P＋与P-端间加上充电电压，DW0经B一端检测到充电电压后，便立即从③脚输出高电平，8205A内的Q2导通，即电芯的B-维护电路的P-通，充电器对电芯充电，其电流回路如下：充电器正极→p＋→B＋→B-、8205A的⑥、⑦脚→8205A的⑧脚→8205A的①脚→8205A的②、③脚→P-→充电器负极。

（4）过充电维护

充电时，当电池经过充电器正常充电时，随着充电时刻的增加，电芯两头的电压将逐步升高，当电芯电压升高到4.4V（一般称为过充维护电压）时，DW01将判别电芯已处于过充电状况，便立即使③脚电压降为0V，8205A内的Q2因④脚为低电平而截止，此刻电芯的B一极与维护电路的P-端之间处于断开状况并保持，即电芯的充电回路被堵截，中止充电。

当维护电路的P＋与P-端接上放电负载后，尽管Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两头电压低于4.3V（一般称为过充维护恢复电压）时，DW01将退出过充电维护状况，③脚从头输出高电平，Q2导通，即电芯的B-端与维护电路P-端又从头接上，电芯又能进行正常的充放电。

（5）过流维护

因为MOs开关管饱满导通时也存在内阻，所以有电流流过期MOs开关管的D、S极间就会发生压降，维护操控IC会实时检测MOs开关管D、S极的电压，当电压升到IC维护门限值（一般为0.15V，称为放电过流检测电压）时，其放电维护履行端立刻输出低电平，放电操控MOs开关管关断，放电回路被断开。

在图7中，DW01经过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOs开关管上的压降。当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大，当该压降到达0.2V时，DWO1便判别负载电流抵达了极限值，所以其①脚电压降为0V，8205A内部的放电操控管Q1封闭，堵截电芯的放电回路。实现过电流维护。

（6）过温维护

维护板上的T端口为过温维护端，与用电器的CPU相连。常见的过温维护电路较简单，就是在T端与P-端接一只NTC电阻（见图7中的R4），该电阻紧贴电芯安装。当用电器长时刻处于大功率作业状况时（如手机长时刻处于通话状况），电芯温度会上升，则NTC阻值会逐步下降，用电器的CPU对NTC阻值进行检测，当阻值下降到CPU设定阈值时，CPU立即发出关机指令，让电池中止对其供电，只保持很小的待机电流，然后到达维护电池的意图。

【提示】当维护板处于维护状况时，能够短接B-、P-端来激活维护板，这时操控芯片的充、放电维护履行端（OC、OD）均会输出高电平，让MOs开关管导通。

2．多节姐电池维护电路

锂电池充放电操控芯片UCC3957可对3或4节锂电池组供给过充电、过放电及过流等维护，详细而言：该芯片对电池组内的每一节电池电压进行采样，并与内部的精细基准电压进行比较，当恣意一节电池处于过压或欠压状况时，芯片就会进行相应的操控，以避免进一步充电或放电，其典型使用电路如图8所示。图中，Q1、Q2为P沟道MOSFET管，别离操控充电和放电电流。

（1）电池组的衔接

电池组与IC衔接要注意顺序。电池组的底端衔接到UCC3957（U1）的AN4端，顶端衔接到VDD端，每两节电池的衔接点按相应顺序衔接到AN1～AN3端。

当电池组为3节电池时，U1的②脚（CLCNT端）与16脚（DVDD端）相连，一起将⑥脚（AN3端）与⑦脚（AN4端）相连；当电池组为4节电池时，②脚接地（即连到AN4端）。

（2）放电

U1具有智能放电功能。放电时，U1的13脚输出低电平，放电开关Q2导通，锂电池组经Q2及Q1内的二极管向负载供电。当负载所需电流较大时，经过电流检测电阻RS两头的压降也较大，当超越15mV（对应0.6A的放电电流）时，则U1的③脚输出低电平，充电开关管Q1导通，然后提高电池组的放电能力。

（3）欠压维护

当检测到任一节电池处于过放电时（低于欠压阈值），U1的③脚、13脚输出高电平，一起关断Q1，Q2、U1进入休眠状况，此刻芯片的作业电流仅为3.5μA。只有当③脚电压升到VDD时，芯片检测到后才会退出休眠状况。

（4）充电

当接入充电器时，开关S1闭合，U1的⑨脚（CHGEN端）与16脚（DVDD）相通，U1的③脚输出低电平，充电开关管Q1导通，电池组充电。

在充电期间，假如U1处于休眠状况，则放电开关管Q2依然关断，充电电流经Q2内的二极管对电池组充电。当每节电池的电压均高于欠压ON值时，Q2导通。

（5）过流维护

为了适应大的电容负载，UCC3957设有两个过流阈值电压，每一个阈值电压又能够设定不同的延迟时刻，即选用二级过流维护方式。这种二级过流维护既可对短路供给快速的响应，又可使电池组承受必定的浪涌电流，以避免因滤波电容容量较大而引起不必要的过流维护动作。

电流检测电阻RS接在U1的⑦脚（AN4）与⑧脚（BATLO）之间。当RS两头的压降超越某一阈值时，过流维护进入间歇方式。在这一方式下，放电开关管Q2周期性地关断与导通，直到毛病扫除。一旦毛病扫除，芯片自动恢复到常规作业状况。

第一级过流维护阈值为0.15V（对应的输出电流为6A），且持续时刻超越U1设定的时刻（由U1的⑩脚（CDLY1）和地之间的电容C4设定），则U1进入间歇作业方式，其输出脉冲的占空比约为6%，即开关管的关断时刻大约是导通时刻的16倍。

第二级过流阈值为0.375V（对应的输出电流为15A），且持续时刻超越U1设定的时刻（由U1的14脚（CDLY2）和地之间的电容C3设定），则U1进入间歇作业方式，其输出脉冲的占空比小于1%，即开关管的关断时刻大约是导通时刻的100倍。

（6）过压维护

假如某一节电池的充电电压超越充电阂值，则U1的③脚输出高电平，充电开关管Q1关断，进入过压维护状况。

别的，假如电池组与U1的④～⑥脚（AN1-AN3）的连线断路，则U1也将进入过压维护状况。