多節鋰離子電池充電IC充放電保護解決方案
鋰離子電池是一種廣泛使用的可充電電池。它具有工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度高、循環壽命長、可在短時間內快速充滿電、并允許放電溫度寬等優點。此外，鋰離子電池具有自放電電流低、無記憶效應、無環境污染等優點。其全球供應量不斷增加。
鋰離子電池保護
鋰離子電池供電設備的安全性是目前最關心的問題，因此其保護非常重要。鋰離子電池保護主要包括過充電保護、過放電保護、過流和短路保護。
1.過充保護
當充電器對鋰離子電池進行過充時，為了防止內部壓力因溫升而上升，需要終止充電狀態。為此，保護裝置需要監控電池電壓，當達到電池過充電電壓時，激活過充電保護功能并停止充電。
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，激活過放電保護，暫停放電，使電池保持在低靜態電流的待機模式。
3.過流和短路保護
當鋰離子電池的放電電流過大或發生短路時，保護裝置將激活過流保護功能。
多節鋰離子電池電路保護
單個鋰離子電池的額定電壓為3.6V，不能滿足高壓電源應用的需要。因此，需要串聯使用多個鋰離子電池。為此，各廠家的電源管理控制集成電路紛紛推出自己的多節鋰離子電池（電池組）保護集成電路芯片，IC類型的特點需要是監控3或4節鋰離子電池的充放電狀態，可實現過充、過放電、過流保護。
以某些充電IC為例，它可以對每個鋰離子電池的電壓進行高精度檢測。它具有3級過流檢測功能。外部電容器可以設置過充電檢測延遲時間、過放電檢測延遲時間和放電過電流。檢測延遲時間1和放電過電流檢測延遲時間2也可以使用3/4節鋰離子電池通過SEL端子串聯切換。但是，它的最大特點是它可以在級聯中使用。下一節將詳細解釋S-8204B的此功能。
保護芯片級聯
上面提到的電池保護芯片可以保護多達4個鋰離子電池。然而，許多應用需要5到12個鋰離子電池串聯工作，例如電動工具，電動自行車和UPS。答案很簡單：同時使用多個鋰電池保護芯片。如圖1所示，兩個保護芯片串聯連接，兩個N溝道MOSFET用作控制開關，以保護8節鋰離子電池。三個保護芯片串聯連接，以保護12節鋰離子電池。這種串聯的多重保護芯片是級聯的保護芯片。以某些充電IC為例，組合使用兩個B，使用兩個N溝道MOSFET控制低壓側。這樣，單個IC可以選擇3和4個功能，實現6~8個鋰離子電池串聯保護。如果5節鋰離子電池串聯，一個充電IC可以與其他鋰離子電池保護芯片串聯使用，以實現保護功能。這種靈活的多重保護芯片組合可以完成對任意數量的鋰離子電池的保護。
圖1多節鋰離子電池的級聯
下面將詳細介紹保護芯片級聯的具體工作。以某些充電IC為例，CTLC端子可以外部控制COP端子的輸出電壓，CTLD端子可以在外部控制DOP端子的輸出電壓。CTLC端子和CTLD端子可以分別控制COP端子和DOP端子的輸出電壓。此外，這些控制功能優先于芯片內部的電池充放電保護功能。如果八節電池中的一塊過充電，則連接到電池的S-8204B的COP端子的輸出電壓將發生變化，并且該電壓變化將傳輸到與其連接的另一個充電IC的CTLC端子。，使另一個充電IC的COP引腳的輸出電壓也發生變化，從而控制充電控制MOSFET的關閉，并實現鋰離子電池的過充電保護。如果8個電池中的一個發生過放電，則連接到電池的充電IC的DOP端子向另一個充電IC的CTLD端子發送過放電信號以改變DOP端子的狀態最后，放電控制MOSFET關閉，放電結束。圖2所示電路采用兩個充電IC實現過充電保護（在N溝道MOSFET控制的情況下）的工作原理，圖3為過放電保護的工作原理。
圖2鋰離子電池過充電時保護電路的工作原理
圖3鋰離子電池過放電時保護電路的工作原理
此外，許多設計人員需要考慮充放電過程中的溫度控制。在高溫下充放電鋰離子電池會引起爆炸危險;在低溫下充電和放電會對電池單元造成損壞。在上述解決方案中，溫度控制開關連接到充電IC的CTLC端子。當鋰離子電池的溫度過高時，溫度控制開關的控制信號通過CTLC終端發送到COP。強行結束鋰離子電池的充電過程。同樣，溫度控制開關可以連接到CTLD端子，以保護放電過程中的溫度。
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