手机锂离子电池保护线路全剖析

　　下图是根据锂离子电池电压根据实际使用划分的几个区域.

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　　高压危险区
　　---------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V)
　　高压警戒区
　　---------------锂离子电池充电限制电压4.20V
　　正常使用区
　　---------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V)
　　低压警戒区
　　---------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V)
　　低压危险区
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　　1.在正常使用区内.锂离子电池可以正常发挥其特性,也没有危险.

　　2.高压警戒区.虽然这个区域处于保护线路的保护范围之内,并不意味着此时锂离子电池也是安全的.长期处于这种程度的过充,会很快的降低电池的循环寿命.

　　据我测试,将新锂离子电池充电到4.3V使用可以比充电到4.2V的锂离子电池提高15%左右的容量,但是在50次循环以后,其容量衰减到原来的80%,寿命整整缩短了10倍.记得网友battery老兄喜欢把锂离子电池过充了用,这样可以暂时提高前几次循环的容量,容量不够了就换一节新的.我们广大网友恐怕没有这个资本,还是老老实实的使用吧.这种低度过充的锂离子电池往往在几十次循环以后就会产生发鼓等变形.

　　3.低压警戒区.处于该区域的锂离子电池不适合快速充电,要先用小电流将电池电压提升到3.0V以上才可以快速充电.否则容易导致锂离子极性材料发生不良反应,影响电池性能.而这个电压的锂离子电池也非常容易因为电池本身的自耗和锂离子保护线路的自耗很快的掉近低压危险区.那就危险了.而且这个自耗是保护线路无法保护的.

　　4.低压危险区,长期处于低压危险区的锂离子电池,性能将近一步恶化.

　　在低电压(小于2V)或更低的电压情况下,正极材料的钴锂酸(又称尖晶石)晶格发生变化,其晶体机构会以枝晶形式生产.这种枝晶发展长大的话会戳穿正负极的隔膜,导致电池微短路.进一步恶化电池的性能.甚至导致电池发生膨胀,彻底报废.

　　5.高压危险区.此时保护线路已经失效,或者根本没有保护线路.在这个区域的锂离子电池(特别是4.8V以上),锂离子内部会发生剧烈的反应,产生强大的热量,导致电池内压正极,使电芯变形,不同于低度过充,这种变化是一次性的,即一次高度过充就可以造成电池发鼓.甚至爆炸.

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　　以下是几点锂离子电池的与保护线路相关的注意事项

　　1.不要试图直接短路锂离子电池来强行放电.这样做只有两种结果,一是保护线路起作用,那么什么事也不会发生.二是保护线路失效,那样就会造成过流或直接电芯的短路,就会触发fuse动作,如果里面也没有fuse的保护(很多杂牌锂离子电池就是没有fuse或PTC),那么这种短路的瞬间电流将达到十几甚至几十安培,足以烧毁线路板,使导线发红.要是碰上皮肤那就更惨了.

　　2.不要使用不合格(没有认证)的充电器或座充,锂离子电池的充电过充需要严格的电压控制,这点做的不好的充电器会对锂离子电池造成低度过充,虽然最后有保护线路的保护,但是已经过充了.

　　3.不要在电池两端加高压,保护芯片也有极限的承受电压,一般在12V左右,在往上往往会击穿保护芯片.

　　4.不要逆接电池正负极进行充电,同样会损伤保护IC

　　5.注意锂离子电池的使用环境,潮湿,高温,静电会导致保护IC或Mosfet失效的.手机落入水中,在记得吹干手机主板的同时,也要对锂离子电池进行晾干处理,但不要用电吹风吹干.高温(60度以上)对锂离子电池是有害的.

　　很有趣的是第一点.有兴趣的网友可以根据锂离子电池保护线路的短路保护功能来测试一下你的保护线路是否有效.最后找一个指针式的直流电流表(5A量程左右),对电池的正负极直接短路,你可以看到电流表指针会动一下并迅速归零.这就说明在几个微妙之内保护线路已经动作了.这是检测你的锂离子电池有没有保护线路的一个简单有效的办法.采用数字式的电流表也行,都要把量程设成最大的安培档(2A以上的).

　　以上谈论的是单节锂离子电池的保护线路,不包括串联两节以上的保护IC,道理大同小异.

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　　在第一个图中,我画了一个标识电阻R2,如果这个电阻是个常规的定值电阻,那么就是手机用来区别电池类型用的.三星的手机在隐藏菜单中可以看到这个电阻值.他们的手机用不同的电阻来区分不同容量的电池(厚薄电)

　　如果这个电池是个热敏电阻(NTC),那么它就可以告诉手机或充电器电池的温度,因此手机或充电器就有了对电池温度的检测能力.当电池温度超出范围(比如0度~40度以外),手机或座充就不对锂离子电池进行充电动作.这也是对锂离子电池的保护.

　　有些电池会有两个以上的标识电阻(一个常规电阻,一个热敏电阻)或专用的识别芯片来执行这个功能.原理都是一样的.目的就是确保更好的的使用锂离子电池.