鋰電池加保護(hù)電路的重要性
來源：賽微微電子有限公司-曾抗
當(dāng)前，電動(dòng)工具的發(fā)展呈現(xiàn)小型化，輕型化，無繩化趨勢(shì)。在便攜式電動(dòng)工具的應(yīng)用中，鎳鎘電池的使用正受到越來越多的限制。同時(shí)，由于鎳、鈷等有色金屬價(jià)格的成倍上漲，及動(dòng)力型鋰離子電池的新材料應(yīng)用和規(guī)?；a(chǎn)，大大縮小了鋰離子電池與鎳鎘、鎳氫電池的成本差距。這些因素有力的促進(jìn)和推動(dòng)了鋰離子電池在便攜式電動(dòng)工具上的應(yīng)用和發(fā)展。
1概述
鋰離子電池必須考慮充電、放電時(shí)的安全性以及電芯個(gè)體間的一致性，以防止特性劣化。鋰電池能量密度較高難以確保電池的安全性，在過度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量過剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，易使內(nèi)壓上升而產(chǎn)生自燃或破裂現(xiàn)象；反之，在過度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，減少了可充電次數(shù)。而溫度的變化，特別是低溫狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致以上兩種情況更加容易出現(xiàn)。因此，鋰電池的過充、過度放電、過電流、短路及溫度保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)線路，用以保護(hù)鋰電池。
2分析
2.1 電池電壓過高以及對(duì)應(yīng)的過充電保護(hù)正常情況下，鋰電池充電至4.2 V，同時(shí)，充電電流<0.1 C或0.05 C時(shí)，表征電池充滿。將3000 mAh電池從3.0 V充滿，得到容量曲線如圖1所示：將電池分為三組，考察充電電壓對(duì)電池壽命的影響。分別將充電截止電壓設(shè)定為4.200 V，4.275 V以及4.350 V，放電截止電壓統(tǒng)一設(shè)定為3.0 V，以此條件進(jìn)行電池的充放電循環(huán)，記錄電池容量的變化。如圖2所示。
圖中顯示，由于充電電壓的提高，3號(hào)電池的初始放電容量大于l號(hào)和2號(hào)。但是，經(jīng)過約20次循環(huán)后，電池容量開始急劇下降；2號(hào)電池有類似的表現(xiàn)，但由于充電截止點(diǎn)略低，約130次循環(huán)后，電池容量開始衰減。所以，電池的充電電壓越高，壽命下降(或衰減速度)則越快。
參照對(duì)于電池300次循環(huán)后剩余80％電量的要求，2號(hào)和3號(hào)都是不能滿足的。1號(hào)正好可以達(dá)到，即正常情況下鋰電池充電電壓不應(yīng)該大于4.2 V。而相對(duì)應(yīng)的，過充保護(hù)是限定電池電壓超出此范圍的。因?yàn)槌^此范圍，就一定會(huì)導(dǎo)致電池壽命的下降。而且電池電壓越高，危險(xiǎn)系數(shù)就越大，一般超過4.25 V就需要特別警戒，有可能出現(xiàn)爆炸的危險(xiǎn)。因此，結(jié)合充電終止電壓對(duì)電池容量和3號(hào)電池放電深度為100％，即每次都將電池容量放光。在250次循環(huán)之后，電池的容量衰減極快，即放電深度越大，電池衰減越快。
一般情況下，終止電壓最低不能低于2.5 V或2.4 V。當(dāng)電池電壓低于2.4 V時(shí)，電池將進(jìn)人深度放電，鋰電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會(huì)導(dǎo)致電池的使用壽命變短。
在實(shí)際應(yīng)用中，通常用設(shè)置過放保護(hù)終止電壓的方式來控制深度放電。過放電保護(hù)終止電壓的設(shè)置，需要參考應(yīng)用設(shè)備的放電電流以及應(yīng)用環(huán)境，但應(yīng)高于2.4 V。
2.3鋰電池的大電流放電以及過電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定：使用同一塊鋰電池，以不同的放電倍率進(jìn)行放電，得到可放出容量。如圖5所示。從圖中看出，隨著放電倍率的提高，電池的放電容量和放電電壓平臺(tái)均有下降，2C、3C的放電容量分別是lC放電容量的89.6％和68.4％，2C、3C放電時(shí)3.6 V以上容量占總?cè)萘康?4.3％和57.2％，說明電池放電倍率對(duì)電池的放電容量有很大影響。
