??鋰離子電池是一種應用廣泛的可充電電池，它具有單體工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度高、循環使用壽命長，可在較短時間內快速充足電以及允許放電溫度范圍寬等優點。此外，鋰離子電池還有自放電電流小、無記憶效應和無環境污染等優點。其全球供貨量正在持續增加。根據市場調研公司的報告，07全年鋰離子可充電電池的全球供貨量比上年增加了17%。而隨著鋰離子電池的使用面的擴大，對鋰離子電池的充放電保護就顯得愈發重要。 ? ??鋰離子電池的保護 ? ??鋰離子電池供電設備的安全性是人們目前最為關注的問題，所以對其的保護就非常重要。鋰離子電池的保護主要包括過充電保護、過放電保護、過電流及短路保護等。 ??1 過充電保護 ??當充電器對鋰離子電池過充電時，為防止因溫度上升所導致的內壓上升，需終止充電狀態。為此，保護器件需監測電池電壓，當其到達電池過充電壓時，即激活過充電保護功能，中止充電。 ??2 過放電保護 ??為了防止鋰離子電池的過放電狀態，當鋰離子電池電壓低于其過放電電壓檢測點時，即激活過放電保護，中止放電，并將電池保持在低靜態電流的待機模式。 ??3 過電流及短路保護 ??當鋰離子電池的放電電流過大或短路情況產生時，保護器件將激活過電流保護功能。 ? ??多節鋰離子電路的保護 ? ??單體鋰離子電池的額定電壓為3.6V，不能滿足高電壓供電場合的需要，因此就需要多節鋰離子電池串聯使用。為此，各有關電源管理控制生產廠商紛紛推出了自己的多節鋰離子電池（電池組）保護集成，如精工技術有限公司（SII）的S-8204B （S-8204B隸屬于S-8204系列，該系列的另一個產品是S-8204A。兩者的區別是S-8204A配合P溝道MOSFET工作，S-8204B則配合N溝道MOSFET工作）。這類產品的特點是監控3、4節鋰離子電池的充放電狀態，可實現過充、過放和過電流保護。 ??以S-8204B為例，它能對各節鋰離子電池的電壓進行高精度檢測，具有3段過電流檢測功能，通過外接電容可設置過充電檢測延遲時間、過放電檢測延遲時間、放電過電流檢測延遲時間1和放電過電流檢測延遲時間2，還能通過SEL端子切換3/4節鋰離子電池串聯使用。不過，它最大的特點是可以級聯使用，下節將對S-8204B的這一功能進行詳細說明。 ? ??保護芯片級聯 ? ??上面提到的電池保護芯片最多能保護4節鋰離子電池，然而很多應用都需要5～12節鋰離子電池串聯工作，比如電動工具、電動自行車和UPS，此時又如何解決呢？答案很簡單，就是同時使用多個鋰電池保護芯片。如圖1所示，兩個保護芯片串聯在一起，由2個N溝道MOSFET做控制開關，可以保護8節鋰離子電池，三個保護芯片串聯在一起，就保護了12節鋰離子電池。這種多保護芯片的串聯就是保護芯片的“級聯”。以S-8204B為例，兩個S-8204B聯合使用，用2個N溝道MOSFET在低壓側端進行控制，這樣通過單顆IC可選3節和4節的功能就可以實現對6～8節串聯鋰離子電池的保護。如果是5節鋰離子電池串聯，則可以使用一個S-8204B與其他鋰離子電池保護芯片串聯，實現保護功能。這種多保護芯片的靈活組合，可以完成對任意數目鋰離子電池的保護。 ? ?? ??圖1 多節鋰離子電池的級聯 ? ??下面，詳細介紹一下保護芯片級聯的具體工作情況。還是以S-8204B為例，其CTLC端子可由芯片外部控制COP端子的輸出電壓、而CTLD端子則可由芯片外部控制DOP端子的輸出電壓。通過CTLC端子以及CTLD端子可以分別單獨控制COP端子與DOP端子的輸出電壓。并且，這些控制功能優先于芯片內部的電池充放電保護功能。如果8節電池中的某一節電池發生過充，與該電池相連接的S-8204B的COP端子輸出電壓會發生變化，該電壓變化會傳遞到與其相連接的另一個S-8204B的CTLC端子，使得另一個S-8204B的COP端子輸出電壓也發生變化，從而控制充電控制用MOSFET關斷，實現鋰離子電池的過充電保護。如果8節電池中的某一節電池發生過放電時，則由與該電池相連接的S-8204B的DOP端子向另一個S-8204B芯片的CTLD端子發出過放信號，改變其DOP端子的狀態，最終使得放電控制用MOSFET關斷，結束放電。圖2給出了采用兩個S-8204B實現過充電保護的電路工作原理圖（在N溝道MOSFET控制情況下），圖3是過放電保護工作原理圖。 ? ?? ??圖2 鋰離子電池過充電時的保護電路工作原理圖 ? ?? ??圖3 鋰離子電池過放電時的保護電路工作原理圖 ? ??充放電時的溫度控制 ? ??另外，對充放電過程的溫度控制也是許多設計者需要考慮的。在高溫的時候對鋰離子電池充放電，會有爆炸的危險；在低溫的時候充放電，會對電芯造成損害。在上面的方案中，在S-8204B的CTLC端子外接一溫度控制開關（如S-5841），在鋰離子電池充電過程中溫度過高時，溫控開關的控制信號通過CTLC端子送給COP，強行結束鋰離子電池的充電過程。同樣，在CTLD端子外接溫度控制開關，則能對放電過程進行溫度保護。 ? ??結語 ? ??市場上還有單芯片的多節鋰電池充電保護解決方案，像Intersil公司的ISL9208，就可以實現對7節鋰離子電池的充電保護。對比多芯片串聯的方案，單芯片解決方案的優點是電路簡單、比較容易實現較好的電氣性能，不過能監控的電池數量有限，且價格較貴。采用多芯片的級聯方式，如S-8204系列，則不存在這種數量上的限制，其電路構成靈活成本也不高，但缺點是外圍電路相對復雜，對外圍元件的匹配程度要求較高。 ??不過，隨著技術的進步，相信這兩種方案終會找到一個契合點。