你不知道的!如何讓鋰電池保護(hù)元件化敵為友?
發(fā)布時間:2015-11-25 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下,伴隨著發(fā)熱和溫升,將改變鋰電池的二次保護(hù)元件的競爭局面,取而代之的將是合作模式:PTC+fuse形成一個保護(hù)組合。它將實現(xiàn)快充讓鋰電池保護(hù)元件化敵為友的局面。
鋰電池是目前能量密度很高而且很輕的電池,但是由于化學(xué)特性非常活躍,所以本身因為有安全保護(hù)的需要,而增加充放電保護(hù)電路。充放電保護(hù)電路關(guān)鍵元件—— Mosfet也有一定比率的短路失效,如果鋰電池產(chǎn)量并不大,那么這個效果就不會體現(xiàn)出來。但是鋰電池的需求量非常大,僅2014年全球小型鋰電池出貨量就達(dá)56億顆。
在這么巨大的出貨量面前,即使1ppm的概率風(fēng)險,那也是平均有5600次/年的危險事件可能發(fā)生。所以在主保護(hù)電路之外,再加一個二次保護(hù),進(jìn)一步降低風(fēng)險。在二次保護(hù)的元器件中,一般只用一顆元件,有用一次性斷保險絲的,也有用PTC的,還有用溫度保險絲等多種元件。用了PTC就不用保險絲(fuse),用了保險絲(fuse)就不用PTC,保護(hù)器件是相互競爭關(guān)系,就好像不同的等位基因爭奪染色體上同一個位置一樣。但是由于各種保護(hù)元件并非是全面勝出,所以形成了多種元件并存的局面,滿足各種不同的應(yīng)用需求。
快充讓鋰電池保護(hù)元件化敵為友
但是隨著智能手機(jī)快速普及,手機(jī)電池容量越來越大,出現(xiàn)了快速充電的需求,目前已經(jīng)有多個標(biāo)準(zhǔn)如OPPO Vooc標(biāo)準(zhǔn),高通的QC 2.0標(biāo)準(zhǔn),MTK的Pump Express Plus的標(biāo)準(zhǔn)橫出于世。在快速充電的情況下,在前30分鐘內(nèi)的電流會很大,一般會達(dá)到3A左右。
圖2
在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下,伴隨著發(fā)熱和溫升,將改變鋰電池的二次保護(hù)元件的競爭局面,取而代之的將是合作模式:PTC+fuse形成一個保護(hù)組合。
圖3
首先,PTC+fuse可以互補(bǔ)溫度保護(hù)和過流保護(hù)。PTC具有溫度保護(hù)功能,但是由于溫度折減比率比較高,所以選擇規(guī)格比較大,相對過電流保護(hù)能力就弱了一些,而且PTC動作速度較慢。保險絲(fuse)對于溫度不敏感,不能提供溫度保護(hù),但是溫度折減比率也非常低,所以可以選擇比較小的電流規(guī)格,相對過流保護(hù)能力強(qiáng),而且動作速度快得多。
其次,PTC+fuse將會是通過UL2054的低成本解決方案。在大電流充電情況下,僅靠單一元件比較難通過UL2054的全部測試,因為每個元件都有一些優(yōu)點和不足。第一,常用的PTC。因為充電電流很大,為了保證在快速充電而溫升很高的情況下不動作,選擇的規(guī)格必然會到1206 6A/7A。選擇如此大的規(guī)格,鋰電池在通過UL2054的LPS測試時就會碰到困難,因為很難在60秒內(nèi)將電流限制在8A以下。第二,常用的保險絲 (fuse)。最大的優(yōu)點是對于溫度不敏感,可以選擇5A規(guī)格,《=5A規(guī)格保險絲極有利于鋰電池通過UL2054 的LPS測試;但是因為本身對于溫度不敏感,不具備過溫保護(hù)功能,所以比較難通過UL2054的6V/1C和6V2C的濫充測試項目。第三,三端保險絲,雖然能夠解決過溫保護(hù)的溫度,但是因為電流規(guī)格更大,高達(dá)10A/12A,也過不了LPS測試;而且成本很高。第四,有的廠商采用雙IC方案,雖然效果比較好,但是成本比較高。如果將PTC和保險絲(fuse)相結(jié)合,首先依靠對溫度不敏感的5A保險絲(fuse)輕松通過LPS、短路等測試項目;然后再依靠1206 6A/7A 的PTC通過6V/1C和6V2C的濫充等測試項目,整個方案成本很低。
最后,PTC+fuse的保護(hù)方案將較單一元件更安全。因為將兩個元件組合在一起,相當(dāng)于在二次保護(hù)之外又加了一次保護(hù),對鋰電池的安全性又加了一重保險,進(jìn)一步大幅降低風(fēng)險系數(shù)。
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