經(jīng)常在論壇上看到這樣一種觀點:"長時間充電對鋰離子電池不會有損害,這是因為有保護(hù)電路的存在."

我想這里有兩個問題要澄清:

1.長時間對鋰離子電池充電,如果是用的原裝正品的充電器或座充,確實是不會有損害的.這個不是因為保護(hù)線路的功勞,而是靠充電線路的嚴(yán)格精確的設(shè)計來保證的.
2.有保護(hù)線路的存在,并不能完全的防止鋰離子電池的過充的發(fā)生,保護(hù)線路只有在電池過充的時候才會起防止進(jìn)一步過充的作用.

這是幾個數(shù)據(jù)

RICOH推出的適合4.2V鋰離子電池的保護(hù)芯片,其過充保護(hù)電壓是4.35V+/-0.05V,日本精工SIEKO推出的8241系列中適合4.2V鋰離子電池的保護(hù)芯片,其過充保護(hù)電壓是4.275V+/-0.025V

而鋰離子電池充飽的時候,其電池電壓應(yīng)該落在4.20V+/-0.04V之間,并沒有觸發(fā)保護(hù)線路動作.之所以廠家說明長時間充電不會過充是因為手機(jī)的充電管理確保在電池電壓已經(jīng)到達(dá)4.20V以后不會繼續(xù)充電.而是保持監(jiān)視狀態(tài).

等到了過充保護(hù)的電壓,比如4.275V,這個鋰離子電池已經(jīng)是過充了,此時保護(hù)線路才被切斷.防止進(jìn)一步過充的危險.

講完了這個認(rèn)識誤區(qū),下面帶大家認(rèn)識一下手機(jī)鋰離子電池的內(nèi)部機(jī)構(gòu).主要談一下鋰離子的保護(hù)線路的功能及其工作原理.有興趣的網(wǎng)友可以往下看:

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鋰離子保護(hù)線路全解剖

一般用戶接觸到手機(jī)鋰離子電池,在外面看到的除了電池外殼,還有就是幾個五金觸片了,如圖中"電池正極,電池負(fù)極"就是的電池正負(fù)極輸出.

┏━━Fuse━━━━━┳━━━━━━━━━┫電池正極
┃R1
┃┃
┇┏┻━━┓
┏┻┓┃保護(hù)IC┃
┏┻━┻┓┏┫┃
┃┃┃┗━━┳┛┏━━┫標(biāo)識電阻
┃鋰離子┃┃┃┃
┃電芯┃┃┃R2
┃┃┃┃┃
┗━┳━┛┃┻M(jìn)osfet┃
┃┃┏╈┓┃
┗━━━━━━━┻━━┻┛┗━━━┻━━┫電池負(fù)極

而實際真正供電的源泉是電池塑料殼里面的鋰離子電池芯,但是由于鋰離子電芯的"嬌嫩"的特性,比如過充和過放,大電流放電,短路等非常規(guī)動作都會對鋰離子電芯造成極大的傷害.所以保護(hù)線路的功能就是在上述非常規(guī)動作發(fā)生時及時的切斷回路.保護(hù)鋰離子電芯.而這些保護(hù)動作就是圖中的保護(hù)IC來判斷,由它來控制一對Mosfet場效應(yīng)管來導(dǎo)通和切斷主供電回路,對鋰離子電芯進(jìn)行保護(hù).

市面上常用的這種保護(hù)IC的生產(chǎn)廠商有SEIKO精工,RICOH理光,Motorala摩托羅拉半導(dǎo)體等.

以精工的S8241系列芯片來具體介紹各項保護(hù)功能.

眾所周知,以恒壓充電限制電壓來劃分,鋰離子電池有4.1V恒壓充電和4.2V恒壓充電兩種類型.現(xiàn)在4.1V的版本已經(jīng)很少,絕大多數(shù)是4.2V的恒壓充電類型的.下面的數(shù)據(jù)就只針對4.2V恒壓充電的鋰離子電池來討論.

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保護(hù)IC+Mosfet可以實現(xiàn)的功能如下(四大保護(hù)):

1.過充保護(hù),當(dāng)電池芯的電壓超過設(shè)定值時,由保護(hù)IC切斷Mosfet管.等電芯電壓回歸到允許的電壓是,重新恢復(fù)Mosfet管的導(dǎo)通.

過充檢測電壓:4.275V+/-0.025V,電芯電壓一超過這個值,就觸發(fā)過充保護(hù)

過充釋放電壓:4.175V+/-0.030V,處于過充保護(hù)的電芯電壓只有降到這個值時才會停止保護(hù).

過充保護(hù)延時:1秒.當(dāng)電壓持續(xù)超過過充檢測電壓1秒以上才會觸發(fā)過充保護(hù),這個是為了防止誤判和誤操作而設(shè)置的.

2.過放保護(hù),當(dāng)電池芯的電壓降低得超過設(shè)定值時,由保護(hù)IC切斷Mosfet管.等電芯電壓回歸到允許的電壓時,重新恢復(fù)Mosfet管的導(dǎo)通.

過放檢測電壓:2.3V+/-0.08V

過放釋放電壓:2.4V

過放保護(hù)延時:125毫秒

參數(shù)的含義與過充保護(hù)的類似,不贅述.

3.過流保護(hù),當(dāng)工作電流超出設(shè)定值時,由保護(hù)IC切斷Mosfet管.等工作電流回歸到允許的電壓是,重新恢復(fù)Mosfet管的導(dǎo)通.

過流電流壓降:0.1V,這里保護(hù)IC判斷的是電流流過Mosfet而產(chǎn)生的壓降,用這個電壓除于Mosfet的導(dǎo)通阻抗就可以近似得到過流保護(hù)的電流.一般在3~5A左右.

過流延時:8毫秒,注意這個延時比前面的幾個過充過放的延時要短許多.

4.短路.其實這個功能是過流保護(hù)的擴(kuò)展,當(dāng)保護(hù)IC檢測電池輸出正負(fù)極之間電壓小于規(guī)定值時,認(rèn)為此時電池處于短路狀態(tài),立即切斷回路.等短路的故障排除再恢復(fù)回路.短路時電池的輸出正負(fù)極的電壓為零,而實際電芯的電壓還是正常的.

短路檢測延時:10微秒,這個延時更是短暫,幾乎是短路的瞬間就切斷了回路,可以避免短路對電池帶來的巨大損傷.

還有一個參數(shù),稱為保護(hù)IC的自耗,如上圖,可以看到,保護(hù)IC是通過電阻R1利用了電芯的電壓來進(jìn)行工作的.不可避免的要消耗一部分電池的容量.一般保護(hù)IC的功耗是做的非常小的.在3微安左右,最大不超過6微安.

在保護(hù)回路里面還有一個器件,如上圖標(biāo)示的Fuse,就是保險絲.它是串聯(lián)在電池的回路中.它的作用是在保護(hù)線路失效的情況下,作為最后的防線,對于過流或高溫的鋰離子電池進(jìn)行切斷回路的動作.該Fuse根據(jù)工作原理分為一次性保險絲(就象家里電表下用的那種)和可恢復(fù)保險絲(又稱為PTC).

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