鉅大LARGE | 點擊量:1370次 | 2020年06月30日
基于安規(guī)標準的鋰離子電池過充保護分析
隨著智能手機以及新網(wǎng)絡(luò)時代的到來,消費者關(guān)于智能手機電池的要求更加苛刻,由于具有更大的屏幕尺寸,更復雜的功能,必將帶來功耗的新增。為保證手機正常使用,配備高容量電池已不可防止。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4G網(wǎng)絡(luò)無論采用何種低功耗的技術(shù),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(yīng)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,關(guān)于電池開發(fā)設(shè)計者就顯得尤為重要。為了更好的說明二者的關(guān)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。
鋰離子電池保護電路
我們都了解電池行業(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,假如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(yīng)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(yīng)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(yīng)用的。被動保護器件MHp-TA和ppTC的選型與實際應(yīng)用條件、結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計人員在開發(fā)前期即與保護器件供應(yīng)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(yīng)用。而TE作為電路保護行業(yè)引領(lǐng)者,在鋰離子電池保護器件的開發(fā)及應(yīng)用方面有著多年的相關(guān)經(jīng)驗,其生產(chǎn)的ppTC和MHp-TA已被大量應(yīng)用在國內(nèi)外手機電池廠商中。