鉅大LARGE | 點擊量：1200次 | 2021年08月26日
科特高分子PTC處理鋰離子電池過充電/短路保護難題
盡管一次保護通常被認為是可靠的，但當靜電放電電壓過高或超溫時可能損壞保護IC或MOS-FET，而且在短路時集成電路會發(fā)生振蕩，同時多數(shù)IC+MOS-FET電路對充電、放電過電流的測試是間接的，并不能保證在電池的所有工作狀態(tài)下都會供應過電流保護，保護的可靠性也降低了。
一、鋰離子電池保護面對的挑戰(zhàn)：
鋰離子電池同NiMH或NiCd電池比較，電流密度大，廣泛使用于各種便攜式設備中。
通常鋰離子電池對過充電十分敏感。當充電至電池兩端電壓過高時，會新增電池漏液、冒煙、燃燒、爆裂的危險（這類危險往往相當劇烈）。過充電可能由充電失控、電極錯誤或使用不正確的充電器造成。鋰離子電池在充放電電流過大或外部短路時，內(nèi)部發(fā)熱可能損壞電池或燒毀其他部件，嚴重縮短電池的循環(huán)使用壽命。
保護電路的任務是針對電池可能出現(xiàn)的各種故障，對電池充放電狀態(tài)的參數(shù)進行監(jiān)控，以保證電池壽命和效能，使電池以及外部設備（如手機、pDA、筆記本電腦等）免受損壞。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
手機電池通常采用由電池保護專用集成IC和金屬氧化物場效應管組成的一次保護電路。保護IC通過監(jiān)測電池兩端電壓以及放電電流來控制FET的導通或關斷，戒備過充電、短路、過放電等故障。
盡管一次保護通常被認為是可靠的，但當靜電放電電壓過高或超溫時可能損壞保護IC或MOS-FET，而且在短路時集成電路會發(fā)生振蕩，同時多數(shù)IC+MOS-FET電路對充電、放電過電流的測試是間接的，并不能保證在電池的所有工作狀態(tài)下都會供應過電流保護，保護的可靠性也降低了。保護電路中新增科特公司電池保護專用pTC后，即使一次保護電路失效或者溫升較高時，pTC仍能對過充、過流、短路、超溫等故障供應保護，保證電池在被誤用或濫用的情況下，不致發(fā)生安全性問題。
二、處理辦法：
早期的電池采用保險絲或雙金屬片等作為在過流、短路、超溫時的二次保護裝置。但由于電池過流等故障往往是暫時性的，并不意味著電池的永久性損壞，保險絲不可恢復的缺點使電池制造商的質(zhì)量保證成本新增；而雙金屬片雖然可以自恢復，但是會不停地動作/恢復，會導致觸點早期疲勞磨損進而粘連從而失去保護用途，另外雙金屬片有關便攜式設備對電池體積和重量方面的苛刻要求而言，體積和重量都較大。而高分子pTC以自恢復、低電阻以及不新增額外的體積要求的特點在為電池供應二次保護方面具有優(yōu)點。
1．過充電保護：
按照Gb/T18287-2000對鋰離子電池過充電保護的要求，我們分別以標稱容量720mAh的電池沒有保護電路、僅僅安裝科特公司電池保護專用pTC保護兩種情況進行過充電探測，期間監(jiān)測電池電壓和表面溫度。（充電電源設定為恒流2CA充電，恒壓值為2倍標稱電壓）。
圖2：帶和不帶高分子pTC保護的電池表面溫升曲線
從上面的實驗結(jié)果能夠觀察到，不帶pTC保護的電池在過充電時表面溫度最高可達到接近120℃，最終引起漏液、起火甚至爆炸；而裝有科特公司KT16-1750DL型高分子pTC的電池其表面溫度不會超過80℃。
2．短路保護：
電池在外部短路時，電流可達15A以上，一般情況下，功率場效應管的極限工作參數(shù)會被輕易超過；另外，短路時保護IC的工作狀態(tài)不可能保持穩(wěn)定。以上問題都導致電池短路保護功能不夠完善。
這種情況下，高分子pTC是很好的處理辦法。高分子pTC可以在MOS管被擊穿之前供應保護，確保電池的循環(huán)壽命，降低制造商的質(zhì)量保證成本。
