二次電池充電控制與保護LSI技術(shù)
? 隨著便攜式設(shè)備不斷小型化、輕量化和高性能化,普及率日益提高,作為其電源的二次電池市場正迅速蔓延。目前,二次電池的主流是鋰離子二次電池。
關(guān)于鋰離子二次電池
? 鋰離子二次電池的優(yōu)點是體積能是密度與重量能量密度高,比之過去的二次電池（鎳鎘蓄電池、鎳氫電池）,能做到容量大、重量輕。此外,由于沒有過去二次電池具有的存儲效應(yīng)（反復(fù)淺充放電其電池容量看似降低的現(xiàn)象）,即使電池完全不充電,在放電完了時也可進行足量的充電。而且由于不用汞、鎘、鋁等公害限制物質(zhì),正作為環(huán)保電池受到關(guān)注。
? 但另一方面,由于鋰離子二次電池具有過充電引發(fā)的起火和過放電導(dǎo)致的特性下降的危險,如不進行精密的電壓電流管理,便不能發(fā)揮其性能。充電時,如單個電池的電壓超過約4.5V,由于電解液的分解會產(chǎn)生氣體,電池內(nèi)部的壓力上升,壓力開放閾（安全閥）起動而出現(xiàn)漏液。而單個電池在約1.5V以下的過放電狀態(tài),負(fù)極集電體的銅開始溶于電解液,電池性能下降。為了保護電池免遭這些不當(dāng)?shù)氖褂?單個電池都裝有幾種安全機構(gòu),一旦這些安全機構(gòu)工作,電池便不能使用。
? 為此,在電池組內(nèi)設(shè)置保護電路,在發(fā)生這種狀態(tài)之前,由保護電路監(jiān)視每個電池。一旦達到過充電、過放電及過電流狀態(tài)便斷開電路,防患于未然。一旦狀態(tài)恢復(fù)正常,電池仍可繼續(xù)使用。
電池組電路構(gòu)成
? 圖1示出電池組的電路構(gòu)成,它包含鋰離子二次電池、阻斷充放電電流的開關(guān)元件（MOSFET）及保護電路。保護電路監(jiān)視電池的充放電電壓和電流,一當(dāng)達到異常狀態(tài),便置阻斷電流的FET于斷開狀態(tài),切斷電池組與充電器或負(fù)載間的聯(lián)系,控制充放電電流。在多個電池的情況下,即使電池的總電壓在正常范圍,也有必要判斷各個電池異常的情況,因此必須監(jiān)視電池組內(nèi)每個電池的電壓。
保護電路
? 鋰離子二次電池的充放電保護電路大體有三種功能：過充電保護、過放電保護和過電流保護。過充電保護是因為如在過充電狀態(tài)下繼續(xù)充電,電池電壓上升有發(fā)生起火冒煙的危險,而使之不能充電。過放電保護是由于繼續(xù)過放電狀態(tài)會縮短電池壽命,降低電池性能,而在達到過放電之前使放電停止。過電流保護則是防止電池組端子短路引起過熱或負(fù)載電路異常等引起的過大電流。
除這些基本功能外,對保護電路還有以下要求,它們正是鋰離子保護IC的特點：
? 超低消耗電流驅(qū)動 保護電路除異常情況外不工作,但在工作時,其消耗電流會是電池組的損耗。因此,通常工作時的消耗電流要盡量降低。BA3164FV實現(xiàn)的超低消耗電流為：通常消耗電流（電池電壓4.0V）時最大10μA（典型值6.5μA）,待用（電池電壓3.0V）時最大1.0μA（典型值0.75μA）。
? 高精度檢測電壓 過充電檢測要求高精度,這是因為過充電檢測電壓的最大值由電池的最大定額決定,如檢測電壓精度不佳,在100%充電之前便不能充電了,這會降低電池的容量。
? 同樣的理由充電控制電壓也要求高精度。BD315X系列（開發(fā)中）為實現(xiàn)高精度,通過IC內(nèi)部的芯片布局、器件及構(gòu)成電路的研究,達到了業(yè)界最高水平±0.6%(4.225V±25mV)的檢測精度。
高精度低耗電的系統(tǒng)檢測IC
? 日本羅姆公司的系統(tǒng)檢測IC正迅速普及,取得了許多業(yè)績。該公司備有不同通道數(shù)、保護電路和控制邏輯的多種系列,適應(yīng)不同的需要。
