锂离子二次电池对被动类保护器件新性能要求探讨
发布时间：2015-7-13 15:27
发布者：eechina
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作者: 孙明 随着智能手机屏幕尺寸越做越大,功能越来越多,以及4G网络的普及，对智能手机电池的容量要求也越来越高，另外对于电池自身的充/放电能力要求也随之大幅提升.据一些国内手机厂的电池供应商开发工程师反馈:目前手机厂商既要求电池大容量以满足续航时间,同时还需要电池在放电能力方面可以支持相当高持续放电电流，并且具有耐受瞬时大电流能力。根据进一步沟通了解，目前一些国内手机厂已经有明确要求电池必须保证55℃甚至60℃可以持续4A放电,近期从个别国际品牌手机厂商也有传出类似开发要求：即要求被动保护器件常温环境下的带载电流能力保证6A。并且同时要求电池产品能满足UL相关安规的过充测试要求：UL2054/6V/1C和6V/2C过充以及UL受限制电源（LPS:8A/60s）要求。 由于被动保护器PTC/Breaker均是与电池芯串联方式连接，为了满足上述客户应用要求，以PTC来看，PTC在常温条件下必须具有相应甚至更高的保持电流能力：即需要常温6A以及以上规格才可以满足；以Breaker来看，根据厂商公布的产品特性曲线，其低电流系列产品的电流vs温度特性典型值显示为：LC77度的产品，其60度条件的电流能力为4A，考虑到实际应用环境条件更加苛刻，这就需要选择更高动作温度(>77度)或高电流HC系列才能满足上述应用端需求。 下面从另外一方面即电池安规/过充测试条件要求来分析,电池容量一旦确定，其过充电流1C/2C也就确定了，为了更好地起到保护安全要求，可以明确,在被动保护器的选择上,器件自身的保护温度点越低越有利于起到良好的保护效果.体现在PTC器件,器件在高温条件下动作电流Itrip越低,越容易起到保护效果，通过测试;体现在温度感测双金属片器件MHP-TA上,器件自身的动作温度点越低,越容易动作，更有利于通过测试. 下图1中示意了在锂离子电池过充测试中有加PTC和不加PTC情况下的温度变化的对比： 
从上图实验结果可以看出，在过充测试中，没有加被动保护器件PTC的电池芯温度会一直升高到120度直至电芯失效-起火燃烧；而加有合适的被动保护器件PTC的电池芯在80度左右即因PTC动作后呈现高电阻，从而快速拉低充电电流，温度下降，起到了保护电池芯安全，没有起火及燃烧发生。 接下来关于LPS：LPS 是Limited Power Source的缩写，针对锂离子/锂聚合物电池应用中，通常使用PPTC器件来满足UL/LPS要求，8A/60s的要求就决定了PTC的规格选择范围。查阅各PTC厂商公布的产品规格资料，常温保持电流大于4A的PTC均不能确保符合LPS(8A/60S)。 综合上述几方面分析,可以发现，目前实际应用端的要求已经超出了现有PTC材料自身特性，为满足应用要求，急需从PTC材料自身特性方面做出个改变，可以预见如果可以研发出一种具有分段式电流VS温度特性的PTC材料,类似下图3所示意,正常情况下PTC的电流VS温度特性近似一条直线,而如果可以通过改变PTC自身材料高温（>70℃）特性,如在70℃到90℃区间,PTC电流能力VS温度的斜率陡增,类似下图3箭头示意,这将可以在一定程度上解决应用与安规过充测试两方面对PTC器件参数要求的冲突. 
电池的容量越做越大,继续采用传统的充电方式,势必延长一次完全充电的时间，这将给用户体验带来极大的负面影响.因此,锂离子二次电池快速充电已经成为更手机厂商新的发展方向。提升充电电流是最为直接的方式,从市场上各手机品牌厂商的产品来看,目前其充电电流已经提升到4.5A上下.长时间如此大电流充电对于被动保护器件也带来了极大挑战,传统使用于锂离子电池保护的PTC已无法满足快充要求,这也促使PTC必须做出技术上的突破，方能跟上应用需求。TE作为电路保护行业引领者,在锂离子电池保护器件的开发及应用方面有着多年的经验, 适时推出了MHP-TA产品, 该产品整合了双金属片和PTC两方面特性,分为低电流TA6和高电流TA15两个系列，其常温条件下的保持电力能力分别达到6A和15A,完全可以应对现今锂离子电池快充应用的电流要求.同时其动作温度点也相当精确，分别为72/77/82/85/90℃.可以很好应对不同电池芯厂家对保护温度的要求. |
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