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锂離子電池熱保護簡述

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2016/4/28     浏覽次數:    

在众多锂离子保护方案中,多级保护方案一直被广泛采用,以获得锂离子电池的高安全性。通常多级保护均包含主动和被动保护方案,控制的基本参数大多是电压、电流和温度。近年来,由于能量密度的提升受限,为满足客户的使用要求,因此快速充电迅速普及。从设计习惯和认证测试角度来看,客户往往更关注电压的监测和保护,而忽视之前较多采用的被动保护器件,如 PTC 和 MHP-TA 等过温度保护性能,它们采用两套 IC+Mos 主动保护方案和 NTC 温度监测。这样的设计是否存在不合理性,业界尚有争论。本文试从实际使用角度略谈一二。

如圖1所示,锂離子電池在生産過程中采用陳化等機制,會將部分缺陷産品提前暴露出來,使得投入市場的産品具有相對較低的瞬時失效率。然而隨著使用時間的延長或者循環次數的增加,锂離子電池由于化學反應和應力等因素,內部材料開始老化,直觀的表現爲容量衰減、體積增大膨漲及內阻增高。



圖1:“浴盆”曲線

在电池寿命的末期,电池的内阻可能出现异常升高,此时维持高功率的输入输出必然带来温度的升高。一般而言,温度每升高 10℃,化学反应速率会增加约一倍,而化学反应加快将带来电池的加速老化。换而言之,这是一个“自催化”的恶性循环。

目前的设计过度依赖 NTC 的主动温度监测,而缺乏被动的过温度保护。这样的设计是建立在电池温度分布均匀且热传导快的假设之上,而实际上这两点都是较难达到的。电池的内部温度需要传导至板子上的 NTC 上才能有效地“通知”主动器件做出反应,而这个过程伴随着较长的时间和温度差。MHP-TA 和 Strap PPTC 由于与极耳直接连接,且电池高速热传导通路与电流回路一致,是最快的感测电池内部温度异常的方案。因而也是理想的被动温度保护器件。

電池安全周期是從設計開始,以電池報廢回收結束。設計方案應該考慮锂離子電池全使用周期的異常情況,充分考量和評價保護方案。

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