首页 > 技术文章 > 锂离子二次电池过充保护与大电流放电平衡
锂离子二次电池过充保护与大电流放电平衡
来源:TE  时间:2015-06-17

根 据相关研究机构的统计结果显示,2013 年中国市场手机销量 3.827 亿部,其中智能手机销量高达 3.292 亿部,中国已基本完成对传统功能手 机的替代进程。随着智能手机以及新 4G LTE 网络时代的到来,对智能手机电池的要求必将更高更严苛,由于具有更大的屏幕尺寸,更复杂的功能,必将带 来功耗的增加。为保证手机正常使用,配备高容量电池已不可避免。从市场上各家主打手机产品来看,3000mAH 左右产品已经非常普遍。 新 4G LTE 网络无论采用何种低功耗的技术,电量的消耗都是一个大问题,这也带来配备更高容量电池的需求。而根据手机研发工程师反馈,除了要求大容 量电池以满足续航要求外,同时还需要电池在放电能力方面可以支持更高的持续放电电流以及瞬时大电流。而这些高放电电流的应用要求与电池本身的安全测试又存 在一定的冲突。因此,如何找到他们之间的平衡点,对于电池开发设计者就显得尤为重要。

为了更好的说明二者的关系,首先要了解锂离子电池保护电路,如下图:

其中有 1 级的主动保护 IC+MOSFET 和 2 级的被动保护器 PPTC 或者 MHP-TA 电池行业最为常见的安规标准 UL2054 有过充测试项要求。

UL2054 对电池内部元件的短路原则及例外项条款规定,如果是非认证的保护器件,测试过程中会被短路掉。

Fault 原则如下:

1.有安规认证的器件不Fault;

2.任何非认证的保护元件会被 Fault(短路),通常如 Mosfet,电流检测电阻在测试时会被短路;

UL2054 过充试验方法为,用于测试的样品电池以 10*C5(2C) (一些制造厂商要求更为严格要求以 1C)的恒定电流充电,每个电池或电芯都要贴上热耦合组件,然后充电直到电池或电芯爆炸,漏液,或外壳表面的温度恢复 到环境温度或者达到稳定的状态。在测试中,过流和热保护装置必须要经过安规认证,没有经过认可的保护装置则应将其短路。UL2054 的指标要求为不起 火、不爆炸。

分析上述安规测试要求,可以确 定,在二次被动保护器的选择上,器件保护点越低越有利于起到保护效果。体现在 PPTC 器件上,既是器件的动作电流(Itrip)越小,越容易过测试; 体现在温度感测双金属片器件 MHP-TA 上,则是器件本身动作温度点越低,越容易动作,更容易通过测试。

但 在实际应用端却刚好相反,通常要求电池可以满足短时间维持高电流供电不断电,甚至要求在高温(达到 60 摄氏度)条件下维持较高电流(4A)不动作。这 体现在保护器件本身即要求 PPTC 在高温情况下具有大的保持电流 (Ihold)。这两方面的要求存在一定矛盾,片面的保证某一方面都是不能保证产品 安全及实际应用的。被动保护器件 MHP-TA 和 PPTC 的选型与实际应用条件、结构设计、参考的测试标准等有着极其密切的联系,需找到一个二者的 平衡点。这就要求电池开发设计人员在开发前期即与保护器件供应商进行充分沟通,同时配合充分的实验验证,以达到既满足安规测试的安全要求,又符合实际应 用。而TE作为电路保护行业引领者,在锂离子电池保护器件的开发及应用方面有着多年的经验,其生产的 PPTC 和 MHP-TA 已被大量应用在国内外 手机电池厂商中。欢迎您浏览 http://www.te.com.cn/zh/products/circuit-protection.html,或者与 TE 电路保护部门联系,以获取更多的产品介绍及保护解决方案。