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    你不知道的!如何讓鋰電池保護元件化敵為友?

    發布時間:2015-11-25 責任編輯:sherry

    【導讀】在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下,伴隨著發熱和溫升,將改變鋰電池的二次保護元件的競爭局面,取而代之的將是合作模式:PTC+fuse形成一個保護組合。它將實現快充讓鋰電池保護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,但是由于化學特性非常活躍,所以本身因為有安全保護的需要,而增加充放電保護電路。充放電保護電路關鍵元件—— Mosfet也有一定比率的短路失效,如果鋰電池產量并不大,那么這個效果就不會體現出來。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56億顆。
    在這么巨大的出貨量面前,即使1ppm的概率風險,那也是平均有5600次/年的危險事件可能發生。所以在主保護電路之外,再加一個二次保護,進一步降低風險。在二次保護的元器件中,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,保護器件是相互競爭關系,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,滿足各種不同的應用需求。
     
    快充讓鋰電池保護元件化敵為友 
     
    但是隨著智能手機快速普及,手機電池容量越來越大,出現了快速充電的需求,目前已經有多個標準如OPPO Vooc標準,高通的QC 2.0標準,MTK的Pump Express Plus的標準橫出于世。在快速充電的情況下,在前30分鐘內的電流會很大,一般會達到3A左右。
    【導讀】在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下,伴隨著發熱和溫升,將改變鋰電池的二次保護元件的競爭局面,取而代之的將是合作模式:PTC+fuse形成一個保護組合。它將實現快充讓鋰電池保護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,但是由于化學特性非常活躍,所以本身因為有安全保護的需要,而增加充放電保護電路。充放電保護電路關鍵元件—— Mosfet也有一定比率的短路失效,如果鋰電池產量并不大,那么這個效果就不會體現出來。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56億顆。  在這么巨大的出貨量面前,即使1ppm的概率風險,那也是平均有5600次/年的危險事件可能發生。所以在主保護電路之外,再加一個二次保護,進一步降低風險。在二次保護的元器件中,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,保護器件是相互競爭關系,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,滿足各種不同的應用需求。  快充讓鋰電池保護元件化敵為友   但是隨著智能手機快速普及,手機電池容量越來越大,出現了快速充電的需求,目前已經有多個標準如OPPO Vooc標準,高通的QC 2.0標準,MTK的Pump Express Plus的標準橫出于世。在快速充電的情況下,在前30分鐘內的電流會很大,一般會達到3A左右。  圖2  在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下,伴隨著發熱和溫升,將改變鋰電池的二次保護元件的競爭局面,取而代之的將是合作模式:PTC+fuse形成一個保護組合。  圖3  首先,PTC+fuse可以互補溫度保護和過流保護。PTC具有溫度保護功能,但是由于溫度折減比率比較高,所以選擇規格比較大,相對過電流保護能力就弱了一些,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,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格,相對過流保護能力強,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,選擇的規格必然會到1206 6A/7A。選擇如此大的規格,鋰電池在通過UL2054的LPS測試時就會碰到困難,因為很難在60秒內將電流限制在8A以下。第二,常用的保險絲 (fuse)。最大的優點是對于溫度不敏感,可以選擇5A規格,《=5A規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的溫度,但是因為電流規格更大,高達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,相當于在二次保護之外又加了一次保護,對鋰電池的安全性又加了一重保險,進一步大幅降低風險系數。
    圖2
     
    在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下,伴隨著發熱和溫升,將改變鋰電池的二次保護元件的競爭局面,取而代之的將是合作模式:PTC+fuse形成一個保護組合。
    快充
    圖3
     
    首先,PTC+fuse可以互補溫度保護和過流保護。PTC具有溫度保護功能,但是由于溫度折減比率比較高,所以選擇規格比較大,相對過電流保護能力就弱了一些,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,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格,相對過流保護能力強,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,選擇的規格必然會到1206 6A/7A。選擇如此大的規格,鋰電池在通過UL2054的LPS測試時就會碰到困難,因為很難在60秒內將電流限制在8A以下。第二,常用的保險絲 (fuse)。最大的優點是對于溫度不敏感,可以選擇5A規格,《=5A規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的溫度,但是因為電流規格更大,高達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,相當于在二次保護之外又加了一次保護,對鋰電池的安全性又加了一重保險,進一步大幅降低風險系數。
     
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