科特高分子PTC解決鋰離子電池過(guò)充電/短路保護(hù)難

盡管一次保護(hù)通常被認(rèn)為是可靠的，但當(dāng)靜電放電電壓過(guò)高或超溫時(shí)可能損壞保護(hù)IC 或MOS-FET ，而且在短路時(shí)集成電路會(huì)發(fā)生振蕩，同時(shí)多數(shù)IC+MOS-FET 電路對(duì)充電、放電過(guò)電流的檢測(cè)是間接的，并不能保證在電池的所有工作狀態(tài)下都會(huì)提供過(guò)電流保護(hù)，保護(hù)的可靠性也降低了。

　　一、鋰離子電池保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)：

　　鋰離子電池同NiMH 或NiCd 電池比較，電流密度大，廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備中。

　　通常鋰離子電池對(duì)過(guò)充電十分敏感。當(dāng)充電至電池兩端電壓過(guò)高時(shí)，會(huì)增加電池漏液、冒煙、燃燒、爆裂的危險(xiǎn)(這類危險(xiǎn)往往相當(dāng)劇烈)。過(guò)充電可能由充電失控、電極錯(cuò)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(guò)大或外部短路時(shí)，內(nèi)部發(fā)熱可能損壞電池或燒毀其他部件，嚴(yán)重縮短電池的循環(huán)使用壽命。

　　保護(hù)電路的任務(wù)是針對(duì)電池可能出現(xiàn)的各種故障，對(duì)電池充放電狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證電池壽命和效能，使電池以及外部設(shè)備(如手機(jī)、PDA、筆記本電腦等)免受損壞。

　　手機(jī)電池通常采用由電池保護(hù)專用集成IC 和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管組成的一次保護(hù)電路。保護(hù)IC 通過(guò)監(jiān)測(cè)電池兩端電壓以及放電電流來(lái)控制FET 的導(dǎo)通或關(guān)斷，防止過(guò)充電、短路、過(guò)放電等故障。

　　盡管一次保護(hù)通常被認(rèn)為是可靠的，但當(dāng)靜電放電電壓過(guò)高或超溫時(shí)可能損壞保護(hù)IC 或MOS-FET ，而且在短路時(shí)集成電路會(huì)發(fā)生振蕩，同時(shí)多數(shù)IC+MOS-FET 電路對(duì)充電、放電過(guò)電流的檢測(cè)是間接的，并不能保證在電池的所有工作狀態(tài)下都會(huì)提供過(guò)電流保護(hù)，保護(hù)的可靠性也降低了。保護(hù)電路中增加科特公司電池保護(hù)專用PTC 后，即使一次保護(hù)電路失效或者溫升較高時(shí)，PTC 仍能對(duì)過(guò)充、過(guò)流、短路、超溫等故障提供保護(hù)，保證電池在被誤用或?yàn)E用的情況下，不致發(fā)生安全性問(wèn)題。

　　二、解決方案：

　　早期的電池采用保險(xiǎn)絲或雙金屬片等作為在過(guò)流、短路、超溫時(shí)的二次保護(hù)裝置。但由于電池過(guò)流等故障往往是暫時(shí)性的，并不意味著電池的永久性損壞，保險(xiǎn)絲不可恢復(fù)的缺點(diǎn)使電池制造商的質(zhì)量保證成本增加;而雙金屬片雖然可以自恢復(fù)，但是會(huì)不停地動(dòng)作/恢復(fù)，會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)早期疲勞磨損進(jìn)而粘連從而失去保護(hù)作用，另外雙金屬片對(duì)于便攜式設(shè)備對(duì)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(fù)、低電阻以及不增加額外的體積要求的特點(diǎn)在為電池提供二次保護(hù)方面具有優(yōu)勢(shì)。

　　1.過(guò)充電保護(hù)：

　　按照GB/T18287-2000 對(duì)鋰離子電池過(guò)充電保護(hù)的要求，我們分別以標(biāo)稱容量720mAh 的電池沒(méi)有保護(hù)電路、僅僅安裝科特公司電池保護(hù)專用PTC 保護(hù)兩種情況進(jìn)行過(guò)充電測(cè)試，期間監(jiān)測(cè)電池電壓和表面溫度。(充電電源設(shè)定為恒流2C A 充電，恒壓值為2 倍標(biāo)稱電壓)。

　　圖2：帶和不帶高分子PTC 保護(hù)的電池表面溫升曲線

　　從上面的試驗(yàn)結(jié)果能夠觀察到，不帶PTC 保護(hù)的電池在過(guò)充電時(shí)表面溫度最高可達(dá)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(huì)超過(guò)80℃。

　　2.短路保護(hù)：

　　電池在外部短路時(shí)，電流可達(dá)15A 以上，一般情況下，功率場(chǎng)效應(yīng)管的極限工作參數(shù)會(huì)被輕易超過(guò);另外，短路時(shí)保護(hù)IC 的工作狀態(tài)不可能保持穩(wěn)定。以上問(wèn)題都導(dǎo)致電池短路保護(hù)功能不夠完善。

　　這種情況下，高分子PTC是很好的解決方案。高分子PTC 可以在MOS 管被擊穿之前提供保護(hù)，確保電池的循環(huán)壽命，降低制造商的質(zhì)量保證成本。

　　上海科特高分子材料有限公司的電池保護(hù)用高分子PTC 熱敏電阻為帶狀，鍍鎳銅引線，適合在便攜式設(shè)備的高電流密度鋰離子電池中使用。