鋰離子電池保護電路的分析

根據(jù)相關研究機構的統(tǒng)計結(jié)果顯示，2013年中國市場手機銷量3.827億部，其中智能手機銷量高達3.292億部，中國已基本完成對傳統(tǒng)功能手機的替代進程。隨著智能手機以及新4GLTE網(wǎng)絡時代的到來，對智能手機電池的要求必將更高更嚴苛，由于具有更大的屏幕尺寸，更復雜的功能，必將帶來功耗的增加。為保證手機正常使用，配備高容量電池已不可避免。從市場上各家主打手機產(chǎn)品來看，3000mAH左右產(chǎn)品已經(jīng)非常普遍。新4GLTE網(wǎng)絡無論采用何種低功耗的技術，電量的消耗都是一個大問題，這也帶來配備更高容量電池的需求。而根據(jù)手機研發(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)放電電流以及瞬時大電流。而這些高放電電流的應用要求與電池本身的安全測試又存在一定的沖突。因此，如何找到他們之間的平衡點，對于電池開發(fā)設計者就顯得尤為重要。

為了更好的說明二者的關系，首先要了解鋰離子電池保護電路，如下圖，其中有1級的主動保護IC+MOSFET和2級的被動保護器PPTC或者MHP-TA。

電池行業(yè)最為常見的安規(guī)標準UL2054有過充測試項要求。

UL2054對電池內(nèi)部元件的短路原則及例外項條款規(guī)定，如果是非認證的保護器件，測試過程中會被短路掉。

Fault原則如下：

a.有安規(guī)認證的器件不Fault;

b.任何非認證的保護元件會被Fault(短路)，通常如Mosfet,電流檢測電阻在測試時會被短路;

UL2054過充試驗方法為，用于測試的樣品電池以10*C5(2C)(一些制造廠商要求更為嚴格要求以1C)的恒定電流充電，每個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到環(huán)境溫度或者達到穩(wěn)定的狀態(tài)。在測試中，過流和熱保護裝置必須要經(jīng)過安規(guī)認證，沒有經(jīng)過認可的保護裝置則應將其短路。UL2054的指標要求為不起火、不爆炸。

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

但在實際應用端卻剛好相反，通常要求電池可以滿足短時間維持高電流供電不斷電，甚至要求在高溫(達到60攝氏度)條件下維持較高電流(4A)不動作。這體現(xiàn)在保護器件本身即要求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)品安全及實際應用的。被動保護器件MHP-TA和PPTC的選型與實際應用條件、結(jié)構設計、參考的測試標準等有著極其密切的聯(lián)系，需找到一個二者的平衡點。這就要求電池開發(fā)設計人員在開發(fā)前期即與保護器件供應商進行充分溝通，同時配合充分的實驗驗證，以達到既滿足安規(guī)測試的安全要求，又符合實際應用。而TE作為電路保護行業(yè)引領者，在鋰離子電池保護器件的開發(fā)及應用方面有著多年的經(jīng)驗，其生產(chǎn)的PPTC和MHP-TA已被大量應用在國內(nèi)外手機電池廠商中。