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試比較鋰離子電池不同的電路保護方案

發(fā)布時間：2014-09-02 責任編輯：stone

【導讀】自從鋰離子電池誕生起, 安全問題就一直伴隨著, 隨著手機、平板電腦等便攜式電子設備的普及，對電池容量的要求也越來越高, 同時, 要求電池的體積越來越小, 這就要求電池芯的能量密度高, 而危險性也就隨之增加。因此, 鋰離子電池的保護是不可缺少的，針對不同類型的鋰離子電池，不同廠家也提出了不同的保護方案。

鋰離子電池簡介

自從鋰離子電池誕生起, 安全問題就一直伴隨著, 隨著手機、平板電腦等便攜式電子設備的普及，對電池容量的要求也越來越高, 同時, 要求電池的體積越來越小, 這就要求電池芯的能量密度高, 而危險性也就隨之增加。因此, 鋰離子電池的保護是不可缺少的，針對不同類型的鋰離子電池，不同廠家也提出了不同的保護方案。

電池類型及其保護：

鋰離子電池有多種分類，按照形狀可分為：圓柱形和方形；按照電解液狀態(tài)又可分為：鋰離子和鋰聚合物電池，目前，移動電源所用電池芯大多為圓柱形的18650 cell（直徑18mm, 長度65mm）和方形的鋰聚合物電池芯。下面從電池結(jié)構上來分析其安全性。

1. 圓柱形鋰離子電池（18650）

電池芯內(nèi)部有PPTC（可恢復保險器件）用于過溫度及過電流保護。當電池芯溫度過高或電流過大時，PPTC 會變成高阻狀態(tài)，從而阻斷電池芯充放電電流，避免電池起火爆炸。
圓柱形鋰離子電池

2. 方形鋰電池

MHP-TA 及 PPTC 緊貼電池芯的設計可以使 MHP-TA 和 PPTC 更好的感測電池溫度，當電池溫度異常升高時可以呈現(xiàn)高阻，阻礙電池的充放電電流，確保電池的安全使用。
方形鋰電池

保護電路可分為兩部分：主動組件保護（保護 IC 和 MOSFET），又稱為一級保護，被動組件保護（MHP，PTC，F(xiàn)use），又稱為二級保護。一級保護電路主要是針對電池的過充、過放、過載及短路進行保護，采用IC 檢測電池電壓及充放電電流去控制 MOSFET 導通或關斷從而保證鋰電池工作在安全狀態(tài)。

幾種不同的電池保護方案：

1.（Safety IC + MOSFET）+ Fuse

這種放案里的 Fuse 有三種：熱保險絲，普通電流保險絲，慢斷型電流保險絲。

熱保險絲可以較好的保護電池芯避免因發(fā)熱而產(chǎn)生的起火爆炸，而且成本較低。但是，由于電流大小、環(huán)境溫度、電路板溫度及電池芯溫度都容易引起熱保險絲的誤動作，其不可恢復特性使得這種方案的應用有一定的局限性。
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普通電流保險絲成本低，對于電池的過充電保護效果不佳，因為其不能感測電池芯的溫度。電池短路容易燒斷保險絲，不可恢復，電池報廢，因此，這種保護方案主要應用于低端的鋰電池。

慢斷型電流保險絲的動作時間長于 Safety IC 的過電流保護動作時間，這就保證了 Safety IC 作為主動組件的第一級保護作用，不會觸發(fā)作為二級保護的保險絲，電池處于安全狀態(tài)。這種方案對于電池芯的過充電保護效果不佳，但是在電池芯安全的前提下，此種方案可以滿足 LPS 的要求。

2.（Safety IC + Mosfet）+ PTC/MHP

鋰電池起火爆炸的可能原因：

A. 由于電路參數(shù)設計不當或組件故障導致保護電路實效。

B. 鋰電池芯本身不合格，即使正常充電也有可能起火爆炸。

基于以上原因，國際上針對鋰電池的安規(guī)標準明確要求鋰電池在一級保護失效的情況下可以安全充放電。因此，為了讓鋰電池的應用更加安全，在一級保護電路（IC/MOSFET）的基礎上，又增加了一級被動組件保護，使用可恢復保險器件（PTC 或 MHP）去檢測電池芯的溫度，當溫度異常升高時，PTC 或 MHP 立刻呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，阻礙電池的充放電，從而防止鋰電池的起火爆炸，保護原理如下圖。由圖可知，當電池溫度升高時，PTC 動作，充電回路高阻，電流接近零，電池溫度迅速下降。