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鋰電池二次保護(hù)技術(shù)詳解

時(shí)間:2022-11-14 13:53:26來(lái)源:硬件設(shè)計(jì)技術(shù)

導(dǎo)語(yǔ):?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?;钴S,所以本身因?yàn)橛邪踩Wo(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(gè)效果就不會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。但是鋰電池的需求量非常大,僅2017年上半年全球小型鋰電池出貨量就達(dá)100億顆。那么在這么巨大的出貨量面前,即使 1ppm的概率風(fēng)險(xiǎn),那也是平均有1000次/年的危險(xiǎn)事件可能發(fā)生。所以在主保護(hù)電路之外,再加一個(gè)二次保護(hù),進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

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  主流方案:

  在二次保護(hù)的方案中,目前 常用的保護(hù)方案有以下幾種,

  普通保險(xiǎn)絲的.

  PTC等溫度形保險(xiǎn)絲等多種元件。

  三端保險(xiǎn)絲(SCP)。

  雙IC方案

  高度集成四合一方案

  一般二次保護(hù)都是選這五種方案,

  方案介紹

  用了PTC就不用三端保險(xiǎn)絲(SCP),用了三端保險(xiǎn)絲(SCP)就不用PTC,保護(hù)器件是相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,就好像不同的等位基因爭(zhēng)奪染色體上同一個(gè)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。

  但是隨著智能手機(jī)快速普及,出現(xiàn)了快速充電的需求,手機(jī)的充電電流越來(lái)越大,目前已經(jīng)有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)如OPPO Vooc標(biāo)準(zhǔn),高通的QC4.0標(biāo)準(zhǔn),MTK的P 3.0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(huì)很大,最高會(huì)達(dá)到6A左右。

  在手機(jī)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(jìng)爭(zhēng)局面,面臨的是充電電流越來(lái)越快,單純的過(guò)電流保護(hù)以及PTC已經(jīng)不能滿足快充的保護(hù)需求,取而代之的將是合作模式:一次保護(hù)MOS+二次保護(hù)SCP(俗稱SCP方案),以及 一次保護(hù)MOS+二次MOS(俗稱雙mos方案)。

  MOS+PTC可以互補(bǔ)溫度保護(hù)和過(guò)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(duì)過(guò)電流保護(hù)能力就弱了一些,而且PTC動(dòng)作速度較慢,且整個(gè)Pack阻抗比較高。

  MOS+保險(xiǎn)絲(fuse)不能滿足過(guò)壓需求,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(duì)過(guò)流保護(hù)能力強(qiáng),無(wú)過(guò)壓功能。

  MOS+二次MOS(俗稱雙mos方案)可滿足過(guò)壓需求,但是Mos的阻抗會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生偏大,Mosfet也有一定比率的短路失效,設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較麻煩一下,而且Mos可重復(fù)的使用,站在安全角度來(lái)說(shuō)有一定風(fēng)險(xiǎn)。

  MOS+二次保護(hù)SCP(俗稱SCP方案)可滿足過(guò)壓以及過(guò)流的保護(hù)需求,而且但是溫度折減比率也非常低,阻抗比較小,損耗的功率也比較小,設(shè)計(jì)起來(lái)也比較簡(jiǎn)單,而且動(dòng)作速度快得多,相對(duì)保護(hù)機(jī)制比較安全。

  認(rèn)證實(shí)現(xiàn)

  上述的二次保護(hù)方案在市場(chǎng)上都有應(yīng)用,各種應(yīng)用都有自身的特性,然而在在認(rèn)證方面,僅靠單一元件比較難通過(guò)UL2054的全部測(cè)試,因?yàn)槊總€(gè)元件都有一些優(yōu)點(diǎn)和不足。

  第一,常用的PTC。因?yàn)槌潆婋娏骱艽螅瑸榱吮WC在快速充電而溫升很高的情況下不動(dòng)作,選擇的規(guī)格必然會(huì)到1206 6A/7A。選擇如此大的規(guī)格,鋰電池在通過(guò)UL2054的LPS測(cè)試時(shí)就會(huì)碰到困難,因?yàn)楹茈y在60秒內(nèi)將電流限制在8A以下。

  第二,常用的保險(xiǎn)絲 (fuse)。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于溫度不敏感,可以選擇5A規(guī)格,≤5A規(guī)格保險(xiǎn)絲極有利于鋰電池通過(guò)UL2054 的LPS測(cè)試;但是因?yàn)楸旧韺?duì)于溫度不敏感,不具備過(guò)溫過(guò)壓保護(hù)功能,所以比較難通過(guò)UL2054的6V/1C和6v2C的濫充測(cè)試項(xiàng)目。

  后面兩種方案相對(duì)UL來(lái)說(shuō)認(rèn)證比較好過(guò),功能也比較齊全,而且在保護(hù)機(jī)制上來(lái)說(shuō)安全性也比較好,唯一缺陷是成本相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)比較高,性能方面對(duì)鋰電池的安全性又加了一重保險(xiǎn),進(jìn)一步大幅降低風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。


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