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物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用鋰電池保護芯片

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用鋰電池保護芯片的原因主要有以下幾點：

保護電池安全

防止過充和過放：鋰電池在充放電過程中，如果充電時間過長或放電至極低電壓，可能會導致電池損壞、容量衰減甚至起火爆炸等安全隱患。鋰電池保護芯片能夠?qū)崟r監(jiān)測電池的電壓，當電池電壓達到設(shè)定的過充或過放閾值時，自動切斷充放電回路，從而保護電池不受損害。

防止短路和過流：短路和過流是鋰電池常見的安全問題，可能由外部因素（如線路破損、接觸不良等）或內(nèi)部因素（如電池內(nèi)部短路）引起。鋰電池保護芯片具備短路保護和過流保護功能，能夠在檢測到短路或過流時迅速切斷電路，防止電池損壞和安全事故的發(fā)生。

提高電池壽命

均衡管理：鋰電池組中的各個單體電池由于制造工藝、使用環(huán)境等因素的差異，其性能可能會存在一定的差異。這種差異在充放電過程中會逐漸累積，導致某些單體電池過早失效，從而影響整個電池組的壽命。鋰電池保護芯片可以通過均衡管理功能，對單體電池進行充電和放電的均衡控制，使得各個單體電池的性能保持一致，從而延長整個電池組的壽命。

溫度管理：鋰電池對溫度極為敏感，過高或過低的溫度都會對其性能產(chǎn)生負面影響。鋰電池保護芯片能夠?qū)崟r監(jiān)測電池的溫度，并根據(jù)需要啟動相應(yīng)的溫度保護措施（如散熱、加熱等），以保證電池在適宜的溫度范圍內(nèi)工作，從而提高電池的壽命和可靠性。

保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行

實時監(jiān)測與故障預(yù)警：鋰電池保護芯片能夠?qū)崟r監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，并在檢測到異常情況時及時發(fā)出預(yù)警信號。這種實時監(jiān)測和故障預(yù)警功能可以幫助物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)并處理電池故障，避免因為電池故障而導致整個系統(tǒng)停機或數(shù)據(jù)丟失等問題。

提高系統(tǒng)安全性：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常分布在廣泛的地域范圍內(nèi)，包括偏遠地區(qū)、城市基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)現(xiàn)場等。由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備種類繁多且數(shù)量龐大，電池的安全性成為影響整個系統(tǒng)安全性的重要因素之一。使用鋰電池保護芯片可以大大提高電池的安全性，從而保障整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

鋰電池保護芯片的應(yīng)用場景

鋰電池保護芯片廣泛應(yīng)用于各種需要鋰電池供電的設(shè)備中，包括但不限于：

便攜式電子設(shè)備：如手機、平板電腦、筆記本電腦等。

電動交通工具：如電動自行車、電動汽車等。

儲能系統(tǒng)：如家用儲能電池、太陽能儲能系統(tǒng)等。

工業(yè)設(shè)備：如無線傳感器、工業(yè)控制器等。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用鋰電池保護芯片是為了保護電池安全、提高電池壽命以及保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。這些功能對于確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全性具有重要意義。

本文會再為大家詳解電源芯片家族中的一員——鋰電池保護芯片。

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1.鋰電池保護芯片的定義

鋰電池保護芯片是一種用于保護鋰電池免受過充、過放、過流和短路等異常情況的電子設(shè)備。它能夠?qū)崟r檢測電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，當這些參數(shù)超出安全范圍時，通過切斷電池與外部電路的連接來保護電池不受損害。

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2.鋰電池保護芯片的原理

鋰電池保護芯片的工作原理基于微控制器或?qū)Ｓ玫?a href="http://www.asorrir.com/tags/保護電路/" target="_blank">保護電路。當電池電壓或電流超過設(shè)定的閾值時，保護芯片會立即斷開關(guān)聯(lián)的MOSFET開關(guān)來切斷電路，以達到保護電池的目的。保護芯片通常由電壓檢測電路、電流檢測電路、比較器、開關(guān)管等組成，通過對電池電壓和電流進行實時監(jiān)測和比較，當檢測到異常情況時，通過控制開關(guān)管的狀態(tài)來實現(xiàn)切斷電池與外部電路之間的連接。

保護芯片工作原理中的主要元器件的介紹：

IC：對電池電壓進行采樣，然后根據(jù)判斷發(fā)出各種指令來進行保護，是保護芯片的核心

MOS管：主要起到開關(guān)控制作用。

保護芯片正常工作：

MOS管在保護芯片上的最初可能是關(guān)閉狀態(tài)，當鋰電池被連接到保護芯片之后， MOS管首先被觸發(fā)， P+和P-端才有輸出電壓，觸發(fā)了常用的方法-將B-短接用一根導線。

保護芯片過充保護：

在P+和P-之間連接一個高于電池電壓的電源，電源的正極連接B+，電源的負極連接B-。連接電源后，鋰電池開始充電，電流方向流向電流，從電源正極流經(jīng)電池、D1、MOS2到電源負極。IC通過電容取樣電池電壓值。當電池電壓達到4.25v時，IC發(fā)出指令，使引腳CO處于低電平。此時，電流從電源正極出發(fā)，流經(jīng)電池，電路起到保護作用。

保護芯片過放保護：

當 P+對P-進行適當?shù)呢撦d連接后，電池開始放電，如I2，電流從電池的正極經(jīng)負載、D2、MOS1到電池負極；當電池放電至2.5 v時， IC取樣，發(fā)出指令，使MOS1截止，電路斷開，電池被保護。

過流保護：

當 P+對P-進行適當?shù)呢撦d連接時，電池開始放電，其電流方向如I2，電流從電池的正極經(jīng)負載、D2、MOS1到電池的負極，當負載驟減時 IC通過 VM引腳采樣到突發(fā)性增加電流所產(chǎn)生的電壓時， IC采樣并發(fā)出指令，讓MOS1截止，回路斷開電池。

短路保護：

當 P+對P-上接負載后，電池開始放電電流方向，如I2，電流從電池的正極經(jīng)負載、D2、MOS1進入電池的負極， IC通過 VM引腳采集突發(fā)性增加電流而產(chǎn)生的電壓，然后 IC采樣并發(fā)出指令，讓MOS1截止，回路斷開鋰電池。

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3.鋰電池保護芯片的分類

鋰電池保護芯片可以根據(jù)其保護功能和適用范圍進行分類。常見的分類包括：

單節(jié)電池保護芯片：適用于單個鋰電池的保護，提供過充、過放、過流和短路等基本保護功能。

多串電池保護芯片：適用于多個鋰電池串聯(lián)組成的電池組，能夠獨立檢測每節(jié)電池的電壓，并提供過充、過放、過流、短路以及均衡充電等保護功能。

高精度保護芯片：具有更高的電壓和電流檢測精度，適用于對電池性能要求較高的應(yīng)用場景。

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4.鋰電池保護IC的功能

鋰電池除了過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能等鋰電的保護IC功能外，還有其他的保護IC的新功能。

過度充電保護的高精密度化

當鋰離子電池處于過度充電狀態(tài)時，為了防止溫度升高引起的內(nèi)壓升高，必須停止充電狀態(tài)。保護IC將檢測電池電壓。當檢測到過度充電時，過度充電檢測的功率MOSFET將切斷并停止充電。此時，應(yīng)注意過度充電檢測電壓的高精度化。當電池充電時，用戶非常關(guān)心將電池充電到飽滿狀態(tài)，并考慮到安全問題。因此，當達到允許電壓時，需要停止充電狀態(tài)。為了同時滿足這兩個條件，必須有高精度的探測器。目前，探測器的精度為25mV，需要進一步提高。

降低保護IC的耗電

隨著使用時間的增加，充電鋰電池的電壓會逐漸降低，最終低于規(guī)格和標準值。此時，需要再次充電。如果繼續(xù)使用而不充電，電池可能會因過度放電而無法繼續(xù)使用。為了防止過度放電，必須檢測電池電壓以保護IC。一旦達到過度放電檢測電壓以下，必須切斷放電方的功率MOSFET并切斷放電。但此時，電池本身仍有自然放電和IC保護的消耗電流，因此有必要將IC保護消耗的電流降到最低。

過電流/短路保護需有低檢測電壓及高精密度的要求

因不明原因?qū)е露搪窌r，必須立即停止放電。過電流檢測以功率MOSFET的Rds(on)為感應(yīng)阻抗，以監(jiān)測其電壓的下降。此時，如果電壓高于過電流檢測電壓，則停止放電。為了使功率MOSFET的Rds(on)在充電電流和放電電流中得到有效應(yīng)用，阻抗值應(yīng)盡可能低。目前阻抗約為20mΩ——30mΩ，過電流檢測電壓較低。

耐高電壓

由于鋰電池組在充電過程中瞬間產(chǎn)生高壓，所以保護 IC應(yīng)滿足耐高壓要求。

低電池功耗

在保護狀態(tài)時，其靜態(tài)耗電流必須要小0.1μA.

零伏可充電

一些鋰電池在貯存過程中由于放置時間過長或異常等原因，會使電壓降至0 V，因此需要保護 IC在0 V時也可實現(xiàn)充電。

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5.鋰電池保護芯片的選型參數(shù)

在選型鋰電池保護芯片時，需要考慮以下參數(shù)：

保護功能：包括過充保護、過放保護、過流保護、短路保護等。

檢測精度：電壓和電流的檢測精度直接影響保護效果。

封裝形式：根據(jù)應(yīng)用場景和空間限制選擇合適的封裝形式。

待機電流：低待機電流有助于延長電池壽命。

溫度范圍：保護芯片的工作溫度范圍應(yīng)與電池的工作溫度范圍相匹配。

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6.鋰電池保護芯片的使用注意事項

在使用鋰電池保護芯片時，需要注意以下事項：

正確連接：確保保護芯片與電池、充電器和負載之間的連接正確無誤。

參數(shù)設(shè)置：根據(jù)電池規(guī)格和應(yīng)用需求正確設(shè)置保護芯片的過充、過放、過流和短路等保護閾值。

散熱處理：對于大功率應(yīng)用，需要考慮保護芯片的散熱問題，避免過熱導致性能下降或損壞。

定期檢查：定期檢查保護芯片的工作狀態(tài)，確保其能夠正常發(fā)揮保護作用。

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7.鋰電池保護芯片的廠商

目前市場上有多家廠商生產(chǎn)鋰電池保護芯片，其中一些知名廠商包括：

創(chuàng)芯微：專注于電池管理技術(shù)領(lǐng)域，推出了多款具有獨特功能和特性的BMS鋰電保護芯片。

南芯科技：國內(nèi)領(lǐng)先的模擬和嵌入式芯片設(shè)計企業(yè)之一，擁有多條產(chǎn)品線，包括鋰電保護芯片。

矽力杰：推出了多款內(nèi)置均衡功能的多串鋰電池保護芯片，滿足電動工具、電動自行車等系統(tǒng)應(yīng)用。

杰華特：支持多串鋰電池的二次保護芯片，具備高精度電壓檢測電路和多種保護功能。

這些廠商不斷推出新產(chǎn)品，以滿足不同應(yīng)用場景對鋰電池保護芯片的需求。

供應(yīng)商A：西安華泰半導體科技有限公司

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊

（2）主推型號1：HTL6081BSZ

以及對應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

硬件參考設(shè)計

核心料（哪些項目在用）

奇跡物聯(lián)鴿子定位器項目電池充電管理

2、支撐

（1）技術(shù)產(chǎn)品

技術(shù)資料

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審核編輯 黃宇