可充电锂电池三/四节串联保护系统设计实例详解

为了确保电池的安全性，该系统对于过充电状态采取了两级保护措施。首先，当检测到某节电池电压高于4．05V(VCU2n)，且这种状态保持在TCU2(TCU2时间由S-8244过充电检测延迟端子ICT外接电容C16决定)以上时，S-8244充电控制用端子CO输出动态“H”，二级充电MOS管QCHR2关闭，停止充电，这种状态称为过充电状态；进入过充电状态后，当所有电池电压都在3．80V(VCL2n)以下时，过充电状态解除。若因某种原因导致S-8244保护失效，则S-8254过充电保护生效，当检测到某节电池电压高于4．25V(VCUln)，且这种状态保持在TCUl(TCUl时间由S-8254过充电检测延迟端子CCT外接电容C2决定)以上时，S-8254充电控制用端子COP变为高阻抗，一级充电MOS管QCHRl的G极被外接电阻R2拉高，QCHRl关闭，进入过充电状态；当所有电池电压都在4．15V(VCLln)以下时，过充电状态解除。

2．4 充电温度保护

　　为了确保充电时的安全性和延长电池的使用寿命，电池的充电温度应控制在O～45℃之间为宜。该系统采用一个负温度系数的NTC温度传感器RES和一个2路比较器LM393来实现充电温度保护，其原理图如图2所示：当充电温度位于O～45℃之间时，LM393的两路比较器输出均为高阻态，PNP型三极管Q1关断，对充电电路不产生影响；随着温度的升高，RES阻值逐渐变小，当温度大于45℃时，LM393下面一路比较器反转，输出低电平，通过二极管D6将Q1的B极拉低，Q1导通，充电MOS管QCHRl的G极C_QCHR被强制拉高，QCHRl关闭，停止充电；同样，随着温度的降低，RES阻值逐渐变大，当温度小于O℃时，LM393上面一路比较器输出低电平，通过二极管D5将Q1导通，从而关闭QCHRl，停止充电。

　　2．5 其他保护功能

　　该系统通过一些简单有效的电路设计，巧妙地实现了所需的某些保护功能。

　　2．5．1 放电温度保护

　　为了确保电池的使用安全性，需对电池的放电温度进行限制。该系统在放电MOS管QDISl，QDIS2的G极C_QDIS和VDD之间连接了一个常开型可恢复温度保险丝F1。通常状态下F1保持开路。不影响正常放电；当电池温度高于75℃时，F1闭合，C_QDIS与VDD导通．放电MOS管关闭，停止放电，从而实现放电温度保护功能。

　　2．5．2 充电防反接保护

　　若误将充电器的正、负极反接入系统中，则会由充电器和电池共同形成一个大电流回路，导致元器件损坏，甚至带来更大的安全危害。该系统在充电回路中串接进一个防反接二极管D1，这样即使充电器反接，因此时CHRl的电位将高于CHR+，由于二极管D1的存在，系统将构不成回路，从而对其起到了保护作用。

　　2．5．3 充电时禁止放电

　　系统在连接充电器进行充电的过程中若允许其进行放电工作，可能会带来不必要的安全隐患，因此该系统在充电器的正极输入端CHR+和C_QDIS之间接入了一个二极管D4。在未连接充电器时，CHR+悬空，对放电工作不产生影响；当连接充电器进行充电时，C_QDIS通过D4被CHR+强制拉高，QDISl，QDIS2关闭，禁止放电。

　　3 结语

　　锂离子可充电电池以其特有的性能优势已经在多个领域中得到了普遍应用，可以预计其必将成为21世纪的主要动力电源之一。随着锂离子可充电电池工业的发展，保护系统作为其不可分割的一部分必将起到越来越重要的作用。