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物聯網系統中為什么要使用鋰電池保護芯片

在物聯網系統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實時監測電池的電壓，當電池電壓達到設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）或內部因素（如電池內部短路）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生負面影響。鋰電池保護芯片能夠實時監測電池的溫度，并根據需要啟動相應的溫度保護措施（如散熱、加熱等），以保證電池在適宜的溫度范圍內工作，從而提高電池的壽命和可靠性。

保障系統穩定運行

實時監測與故障預警：鋰電池保護芯片能夠實時監測電池的電壓、電流、溫度等關鍵參數，并在檢測到異常情況時及時發出預警信號。這種實時監測和故障預警功能可以幫助物聯網系統及時發現并處理電池故障，避免因為電池故障而導致整個系統停機或數據丟失等問題。

提高系統安全性：物聯網系統通常分布在廣泛的地域范圍內，包括偏遠地區、城市基礎設施、工業現場等。由于物聯網設備種類繁多且數量龐大，電池的安全性成為影響整個系統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，從而保障整個物聯網系統的穩定運行。

鋰電池保護芯片的應用場景

鋰電池保護芯片廣泛應用于各種需要鋰電池供電的設備中，包括但不限于：

便攜式電子設備：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：如家用儲能電池、太陽能儲能系統等。

工業設備：如無線傳感器、工業控制器等。

綜上所述，物聯網系統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穩定運行。這些功能對于確保物聯網系統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備。它能夠實時檢測電池的電壓、電流和溫度等參數，當這些參數超出安全范圍時，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專用的保護電路。當電池電壓或電流超過設定的閾值時，保護芯片會立即斷開關聯的MOSFET開關來切斷電路，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、開關管等組成，通過對電池電壓和電流進行實時監測和比較，當檢測到異常情況時，通過控制開關管的狀態來實現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，然后根據判斷發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閉狀態，當鋰電池被連接到保護芯片之后， MOS管首先被觸發， P+和P-端才有輸出電壓，觸發了常用的方法-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發出指令，使引腳CO處于低電平。此時，電流從電源正極出發，流經電池，電路起到保護作用。

保護芯片過放保護：

當 P+對P-進行適當的負載連接后，電池開始放電，如I2，電流從電池的正極經負載、D2、MOS1到電池負極；當電池放電至2.5 v時， IC取樣，發出指令，使MOS1截止，電路斷開，電池被保護。

過流保護：

當 P+對P-進行適當的負載連接時，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引腳采樣到突發性增加電流所產生的電壓時， IC采樣并發出指令，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負載、D2、MOS1進入電池的負極， IC通過 VM引腳采集突發性增加電流而產生的電壓，然后 IC采樣并發出指令，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其保護功能和適用范圍進行分類。常見的分類包括：

單節電池保護芯片：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組成的電池組，能夠獨立檢測每節電池的電壓，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時，為了防止溫度升高引起的內壓升高，必須停止充電狀態。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，用戶非常關心將電池充電到飽滿狀態，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。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，最終低于規格和標準值。此時，需要再次充電。如果繼續使用而不充電，電池可能會因過度放電而無法繼續使用。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

因不明原因導致短路時，必須立即停止放電。過電流檢測以功率MOSFET的Rds(on)為感應阻抗，以監測其電壓的下降。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用，阻抗值應盡可能低。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生高壓，所以保護 IC應滿足耐高壓要求。

低電池功耗

在保護狀態時，其靜態耗電流必須要小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時也可實現充電。

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5.鋰電池保護芯片的選型參數

在選型鋰電池保護芯片時，需要考慮以下參數：

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：根據應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。

參數設置：根據電池規格和應用需求正確設置保護芯片的過充、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，確保其能夠正常發揮保護作用。

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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鋰電池保護芯片，其中一些知名廠商包括：

創芯微：專注于電池管理技術領域，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：國內領先的模擬和嵌入式芯片設計企業之一，擁有多條產品線，包括鋰電保護芯片。

矽力杰：推出了多款內置均衡功能的多串鋰電池保護芯片，滿足電動工具、電動自行車等系統應用。

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品，以滿足不同應用場景對鋰電池保護芯片的需求。

供應商A：西安華泰半導體科技有限公司

1、產品能力

（1）選型手冊

（2）主推型號1：HTL6081BSZ

以及對應的產品詳情介紹

硬件參考設計

核心料（哪些項目在用）

奇跡物聯鴿子定位器項目電池充電管理

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

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