锂电池保护电路：DW01 集成电路与充放电控制 MOSFET 的应用

锂电池保护电路：DW01 集成电路与充放电控制 MOSFET 的应用

该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01、充放电控制（内含两个N沟道）等组成。单体锂电池连接在B+、B-之间，电池组从P+、P-输出电压。充电时，充电器输出电压连接在P+、P-之间，电流从P+流向单体电池的B+、B-，再经充电控制流向P-。在充电过程中，当单体电池电压超过4.35V时，专用集成电路DW01的OC脚输出信号关闭充电控制，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充而损坏。在放电过程中，当单体电池电压降至2.30V时，DW01的OD脚输出信号关闭放电控制，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放而损坏。 DW01的CS脚为电流检测脚输出短路时，充放电控制通态压降急剧增加，CS脚电压迅速上升，DW01输出信号迅速关闭充放电控制，从而实现过流或者短路保护。

二次锂电池有哪些优点？

1. 能量密度高

2.工作电压高

3.无记忆效应

4.循环寿命长

5.无污染

6. 轻量

7. 自放电率低

锂聚合物电池有哪些优点？

1、无电池漏液问题，电池中不含液态电解质，而是采用胶体固体。

2.可制成薄型电池：容量为3.时，其厚度可薄至0.5mm。

3.电池可以设计成各种形状

4.电池可弯曲变形：聚合物电池可弯曲至900度左右

5、可制成单块高电压：液体电解质电池需要将几块电池串联起来才能实现高电压。由于聚合物电池中不含液体，因此可以在单块电池中制成多层，以实现高电压。

7.容量将是同等尺寸锂离子电池的两倍

IEC规定锂电池的标准循环寿命测试为：

电池以0.2C放电至3.0V/块后

1、1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流20mA，放置1小时，再以0.2C放电至3.0V（一个循环）

经过500次循环后，容量应保持在初始容量的60%以上。

国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试是（IEC没有相关标准）。

电池在25摄氏度下以0.2C放电至3.0V，然后以1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流10mA。在20+_5下储存28天后，以0.2C放电至2.75V。计算放电容量

什么是二次电池的自放电？不同类型电池的自放电率是多少？

自放电也叫荷电保持能力，是指电池在开路状态下，在一定的环境条件下，保留所储存电量的能力。一般来说，自放电主要受制造工艺、材料、储存条件等影响，是衡量电池性能的主要参数之一。一般来说，电池储存温度越低，自放电率越低。但需要注意的是，过低或过高的温度都可能导致电池受损而无法使用，比亚迪常规电池要求储存的温度范围是-20~45。电池充满电后，开路放置一段时间，出现一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定，镍镉、镍氢电池充满电后，在温度20度、湿度65%的环境下，开路放置28天，0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分钟，才算符合标准。

与其他可充电电池系统相比，含有液体电解质的太阳能电池的自放电率明显较低，在25°C时约为10％/月。

什么是电池内阻以及如何测量？

电池内阻是指电池工作时，电流流过电池时遇到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻。由于充电电池的内阻很小，测量直流内阻时，会产生电极容量极化，极化内阻，所以无法测得其真实值，但测量其交流内阻可以避开极化内阻的影响，得到真实内阻值。

交流内阻测试方法是：利用电池等效于有源电阻的特性，给电池通以50mA的恒定电流，并对其电压进行采样、整流滤波，经过一系列处理，即可准确测量其电阻值。

电池内压是多少?电池正常内压是多少?

电池内压是充电、放电过程中产生的气体所形成的压力，主要受电池材料制造工艺、结构等因素在使用过程中的影响。一般情况下，电池内压维持在正常水平。在过充或过放电情况下，电池内压可能升高：

如果复合反应的速率低于分解反应的速率，产生的气体就来不及消耗，就会造成电池内压升高。

什么是内部压力测试？

锂电池内压测试：（UL标准）

模拟电池在高海拔（低压11.6kPa）环境下，检查电池是否漏液、鼓包。

具体步骤：将电池1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流10mA，然后存放在气压11.6Kpa，温度为（20+_3）的低压箱内6小时，电池不会爆炸、起火、破裂、漏液。

环境温度如何影响电池性能？

在所有环境因素中，温度对电池充放电性能影响最大的是温度，电极/电解液界面的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏，温度越高，反应速度越慢，假设电池电压不变，放电电流减小，电池功率输出也随之减小，如果温度升高，则相反，即电池输出功率增大。温度还影响电解液的传输速度，温度升高，传输速度加快，如果传输温度下降，传输变慢，电池充放电性能也会受到影响。但是温度过高，超过45℃，则会破坏电池内的化学平衡，引起副反应。

控制过充电的方法有哪些？

为了防止电池过充，需要对充电终点进行控制。当电池充满电后，会有一些特殊的信息来判断充电是否到达终点。一般来说，防止电池过充有六种方法：

1、峰值电压控制：通过检测电池的峰值电压来确定充电终点；

2、dT/dt控制：通过检测电池峰值温度的变化率来确定充电终点；

3、T控制：当电池充满电时，温度与环境温度的差值会达到最大；

4.-V控制：当电池充满电并达到峰值电压时，电压会下降到某一值

5、时序控制：通过设定一定的充电时间来控制充电终点，一般设定充电至标称容量的130%所需的时间；

6、TCO控制：考虑到电池的安全性和特性，应避免在高温下充电（高温电池除外）。因此，当电池温度上升60℃时，应停止充电。

什么是过度充电以及它如何影响电池性能？

过度充电是指电池通过一定的充电过程充满电后，继续进行充电的行为。

由于设计时负极容量大于正极容量，正极产生的气体会透过隔膜纸与负极产生的镉重新结合。因此，正常情况下电池内压不会明显升高，但如果充电电流过大，会导致电池充不满电。如果电压过大或充电时间过长，产生的氧气来不及消耗，就可能造成内压升高，电池变形、漏液等不良现象。同时其电气性能也会明显下降。

什么是过度放电？它对电池性能有什么影响？

当电池放完所储存的电量，电压达到一定值时，继续放电就会造成过放电。放电截止电压通常根据放电电流大小来确定，0.2C-2C放电一般设定为1.0V/节，3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/节。电池过度放电可能会带来灾难性的后果，特别是大电流过放电或者反复过放电，一般来说，过放电会导致电池内压升高，正负极活性物质的可逆性遭到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量会明显衰减。

不同容量的电池一起使用会出现什么问题？

如果将不同容量的电池或新旧电池混合使用，可能会出现漏液或零电压。这是因为在充电过程中，容量差异导致有的电池过充，有的电池欠充，有的电池在放电时也存在容量差异。容量大的电池放电不充分，容量小的电池则放电过度。如此恶性循环，会损坏电池，造成漏液或低（零）电压。

什么是电池爆炸？如何防止电池爆炸？电池内部任何部位的固体物质瞬间放电并推到距离电池25cm以上的地方，就叫做爆炸。判断电池是否爆炸，可用下列条件来试验。将实验电池盖上，电池在中间，距离网格任何一边25cm，网格的密度为6-7根/cm，网格线采用直径0.25mm的软铝丝。如果实验中没有固体部分穿过网格，就证明电池没有爆炸。

锂电池串联问题

由于电池在生产时从镀膜到成品要经过很多道工序，甚至经过严格的检测程序，让每一块电源的电压、内阻、容量都保持一致，但使用一段时间之后，还是会出现一些问题。就好比妈妈生下的双胞胎，刚出生的时候可能长得一模一样，妈妈也很难分辨出来，但随着两个孩子一天天长大，就会出现这样或那样的差异。锂动力电池也是如此，使用一段时间之后，整体电压控制法很难适用于锂离子电池，比如36V的电池组要用10块电池串联，整体的充电控制电压是42V，而放电控制电压是26V。采用整体电压控制法，由于电池一致性很好，在使用初期可能不会出现任何问题。电池使用一段时间后，内阻、电压出现波动，形成不一致的状态（不一致是绝对的， （一致性是相对的）此时仍采用总电压控制无法达到其目的。比如10节电池放电时，两节电池电压为2.8V，四节电池电压为3.2V，四节电池电压为3.4V，现在整体电压为32V，我们让它继续放电，直到放电到26V，两节2.8V的电池低于2.6V，处于过放状态，锂电池过放几次就报废了。相反，采用总电压控制充电，也会造成过充，比如用上述10节电池以当时的电压状态充电，当整体电压达到42V时，两节2.8V的电池处于“饥饿”状态，迅速吸电，将超过4.2V，过充的电压会超过4.2V，过压不但会造成电池报废，甚至会有危险，这是锂电池的特性。

锂离子电池的额定电压为3.6V（部分产品为3.7V），充满电时的终止充电电压与电池正极材料有关：石墨正极材料为4.2V；焦炭正极材料为4.1V。焦炭正极内阻稍大，其放电曲线稍有不同，如图1所示，一般称为4.1V锂离子电池和4.2V锂离子电池，目前使用的电池大多为4.2V锂离子电池。锂离子电池的放电终止电压为2.5V至2.75V（电池制造商提供工作电压范围或终止放电电压，参数略有不同）。低于放电终止电压继续放电称为过放电。过放电会损坏电池。

便携式电子产品都是以电池作为电源的，随着便携式产品的快速发展，各种电池的使用量也大幅增加，并且开发出了很多新型的电池，除了我们比较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池之外，还有近几年开发的锂电池。本文主要介绍锂电池的基本知识，包括它的特性、主要参数、型号含义、应用范围以及使用注意事项等。

锂是一种金属元素，化学符号为Li（英文名称为），呈银白色，质地极软，化学性质活泼，是最轻的金属。除用于原子能工业外，还可用于制造特种合金、特种玻璃（电视机上用的荧光屏玻璃）和锂电池。在锂电池中，它用作电池的阳极。

锂电池也分为不可充电与可充电两大类，不可充电的电池称为一次性电池，只能将化学能一次转化为电能，不能将电能转化回化学能（或可充电的电池称为二次电池（也叫蓄电池），能将电能转化为化学能储存起来，使用时再将化学能转化为电能，具有可逆性，是锂电池的主要特性，即电能与化学能同时存在。

智能便携电子产品要求体积小、重量轻，但电池的体积和重量往往是其他电子元件中最大、最重的，比如当年的“大哥大”，就相当“大而笨重”，如今的手机都如此轻便，电池的改进在其中起到了重要作用：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。

锂电池最大的特点就是比能量高。什么是比能量？比能量是指单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦特，h是小时；kg是千克（重量单位），L是升（体积单位）。这里举个例子来说明：一只5号镍镉电池的额定电压是12V，它的容量为，那么它的能量就是0.96Wh（12V×0.8Ah）。而同样大小的一只5号锂-二氧化锰电池的额定电压是3V，它的容量为，那么它的能量就是36Wh。这两个电池的体积是一样的，所以锂-二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍！

一节5号镍镉电池重量约23g，而一节5号锂锰电池重量约18g，一节锂锰电池为3V，而两节镍镉电池仅为2-4V，所以采用锂锰电池，电池节数少（使便携式电子产品体积更小，重量更轻），电池工作寿命长。

此外锂电池还具有放电电压平稳、使用温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应、无污染等优点。

锂电池的缺点是价格昂贵，所以目前应用还不是很广泛，主要应用于掌上电脑、PDA、通讯设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器仪表等方面，随着技术的发展、工艺的改进和生产量的增加，以及锂离子电池需求量的增加，锂离子电池的价格将不断下降，其应用也将越来越广泛。

不可充电锂电池

不可充电锂电池的种类很多，最常用的有锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂与其他化合物电池等，本文只介绍前两种最常用的。

1.锂-二氧化锰电池（Li MnO2）

锂-二氧化锰电池是以锂为阳极，二氧化锰为阴极，采用有机电解液的一次性电池，这种电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V（即一般碱性电池的放电电压为2V）；比能量大（见上例）；放电电压稳定可靠；贮存性能好（贮存时间3年以上）自放电率低（年自放电率≤2%）；使用温度范围-20℃～+60℃。

电池可制成各种形状以满足不同的需求，有方形、圆柱形、纽扣形等，圆柱形的也有不同直径和高度。下面是大家比较熟悉的1#（型号代号D）、2#（型号代号C）和5#（型号代号AA）电池的主要参数。

CR代表圆柱形锂二氧化锰电池；前两位数字代表电池的直径，后三位数字代表高度，带一位小数，例如它的直径是14mm，它的高度是50.5mm（这个型号通用）。

这里需要指出的是，不同厂生产的同型号电池，其参数可能略有不同，另外标准放电电流值比较小，实际放电电流可以大于标准放电电流，连续放电和脉冲放电允许的放电电流也不同，电池厂提供相关数据。比如厂家给出的最大连续放电电流为，而最大脉冲放电电流可以达到。

相机使用的锂电池大部分都是锂锰电池，这里将相机常用的锂锰电池列于表2，以供参考。

纽扣电池体积较小，直径为12.5至24.5毫米，高度为16至50毫米。表3列出了几种常用的纽扣电池。

CR是圆柱形锂二氧化锰电池。后四位数字的前两位为电池的直径，后两位为高度，带小数点。例如直径为12.5mm（不包括小数点后的数字），其高度为20mm。此型号表示方法是国际通用的。

这种纽扣电池常用于钟表、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等。

2.锂-亚硫酰氯电池（）

锂-亚硫酰氯电池的比能量最高，目前已达500Wh/kg或/L，其额定电压为3-6V，中等电流放电时具有极其平坦的3-4V放电特性（可参见表1）。电池可在-40℃～+85℃范围内工作，但-40℃时的容量约为常温容量的50%。自放电率低（年自放电率≤1%），贮存寿命在10年以上。

对比一下1#（尺寸代号D）镍镉电池和1#锂亚硫酰氯电池的比能量：1#镍镉电池额定电压12V，容量2.3V；1#锂亚硫酰氯电池的比能量1.2V，额定电压3.6V，容量，那么后者的比能量是前者的6倍！

应用说明

以上两种锂电池为一次性电池，不可充电（充电危险！）；不可将电池正负极短路；不可过大电流放电（超过最大放电电流放电）；电池使用到终止放电电压，应及时从电子产品中取出；使用过的电池不可挤压、焚烧或拆卸；不可在规定温度范围以外使用。

由于锂电池的电压比普通电池或镍镉电池高，使用时要注意不要弄错，以免损坏电路。通过熟悉型号中的CR和ER，可以知道它的类型和额定电压。购买新电池时，一定要按照说明操作。请购买原装型号，否则会影响电子产品的性能。