鋰離子二次電池過(guò)充保護(hù)與大電流放電平衡

　　根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2013年中國(guó)市場(chǎng)手機(jī)銷量3.827億部，其中智能手機(jī)銷量高達(dá)3.292億部，中國(guó)已基本完成對(duì)傳統(tǒng)功能手機(jī)的替代進(jìn)程。隨著智能手機(jī)以及新4G LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，對(duì)智能手機(jī)電池的要求必將更高更嚴(yán)苛，由于具有更大的屏幕尺寸，更復(fù)雜的功能，必將帶來(lái)功耗的增加。為保證手機(jī)正常使用，配備高容量電池已不可避免。從市場(chǎng)上各家主打手機(jī)產(chǎn)品來(lái)看，3000mAH左右產(chǎn)品已經(jīng)非常普遍。新4G LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)論采用何種低功耗的技術(shù)，電量的消耗都是一個(gè)大問(wèn)題，這也帶來(lái)配備更高容量電池的需求。而根據(jù)手機(jī)研發(fā)工程師反饋，除了要求大容量電池以滿足續(xù)航要求外，同時(shí)還需要電池在放電能力方面可以支持更高的持續(xù)放電電流以及瞬時(shí)大電流。而這些高放電電流的應(yīng)用要求與電池本身的安全測(cè)試又存在一定的沖突。因此，如何找到他們之間的平衡點(diǎn)，對(duì)于電池開發(fā)設(shè)計(jì)者就顯得尤為重要。

　　為了更好的說(shuō)明二者的關(guān)系，首先要了解鋰離子電池保護(hù)電路，如下圖，其中有1級(jí)的主動(dòng)保護(hù)IC+MOSFET和 2級(jí)的被動(dòng)保護(hù)器PPTC或者M(jìn)HP-TA。

　　電池行業(yè)最為常見的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)UL2054有過(guò)充測(cè)試項(xiàng)要求。

　　UL2054對(duì)電池內(nèi)部元件的短路原則及例外項(xiàng)條款規(guī)定，如果是非認(rèn)證的保護(hù)器件，測(cè)試過(guò)程中會(huì)被短路掉。

　　Fault原則如下：

　　a.有安規(guī)認(rèn)證的器件不Fault;

　　b.任何非認(rèn)證的保護(hù)元件會(huì)被Fault(短路)，通常如Mosfet,電流檢測(cè)電阻在測(cè)試時(shí)會(huì)被短路;

　　UL2054過(guò)充試驗(yàn)方法為，用于測(cè)試的樣品電池以10*C5(2C)(一些制造廠商要求更為嚴(yán)格要求以1C)的恒定電流充電，每個(gè)電池或電芯都要貼上熱耦合組件，然后充電直到電池或電芯爆炸，漏液，或外殼表面的溫度恢復(fù)到環(huán)境溫度或者達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。在測(cè)試中，過(guò)流和熱保護(hù)裝置必須要經(jīng)過(guò)安規(guī)認(rèn)證，沒(méi)有經(jīng)過(guò)認(rèn)可的保護(hù)裝置則應(yīng)將其短路。UL2054的指標(biāo)要求為不起火、不爆炸。

　　分析上述安規(guī)測(cè)試要求，可以確定，在二次被動(dòng)保護(hù)器的選擇上，器件保護(hù)點(diǎn)越低越有利于起到保護(hù)效果。體現(xiàn)在PPTC器件上，既是器件的動(dòng)作電流(Itrip)越小，越容易過(guò)測(cè)試;體現(xiàn)在溫度感測(cè)雙金屬片器件MHP-TA上，則是器件本身動(dòng)作溫度點(diǎn)越低，越容易動(dòng)作，更容易通過(guò)測(cè)試。

　　但在實(shí)際應(yīng)用端卻剛好相反，通常要求電池可以滿足短時(shí)間維持高電流供電不斷電，甚至要求在高溫(達(dá)到60攝氏度)條件下維持較高電流(4A)不動(dòng)作。這體現(xiàn)在保護(hù)器件本身即要求PPTC在高溫情況下具有大的保持電流(Ihold)。這兩方面的要求存在一定矛盾，片面的保證某一方面都是不能保證產(chǎn)品安全及實(shí)際應(yīng)用的。被動(dòng)保護(hù)器件MHP-TA和PPTC的選型與實(shí)際應(yīng)用條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參考的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等有著極其密切的聯(lián)系，需找到一個(gè)二者的平衡點(diǎn)。這就要求電池開發(fā)設(shè)計(jì)人員在開發(fā)前期即與保護(hù)器件供應(yīng)商進(jìn)行充分溝通，同時(shí)配合充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以達(dá)到既滿足安規(guī)測(cè)試的安全要求，又符合實(shí)際應(yīng)用。而TE作為電路保護(hù)行業(yè)引領(lǐng)者，在鋰離子電池保護(hù)器件的開發(fā)及應(yīng)用方面有著多年的經(jīng)驗(yàn)，其生產(chǎn)的PPTC和MHP-TA已被大量應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外手機(jī)電池廠商中。