钜大LARGE | 点击量：1185次 | 2021年08月26日
科特高分子PTC处理锂离子电池过充电/短路保护难题
尽管一次保护通常被认为是可靠的，但当静电放电电压过高或超温时可能损坏保护IC或MOS-FET，而且在短路时集成电路会发生振荡，同时多数IC+MOS-FET电路对充电、放电过电流的测试是间接的，并不能保证在电池的所有工作状态下都会供应过电流保护，保护的可靠性也降低了。
一、锂离子电池保护面对的挑战：
锂离子电池同NiMH或NiCd电池比较，电流密度大，广泛使用于各种便携式设备中。
通常锂离子电池对过充电十分敏感。当充电至电池两端电压过高时，会新增电池漏液、冒烟、燃烧、爆裂的危险（这类危险往往相当剧烈）。过充电可能由充电失控、电极错误或使用不正确的充电器造成。锂离子电池在充放电电流过大或外部短路时，内部发热可能损坏电池或烧毁其他部件，严重缩短电池的循环使用寿命。
保护电路的任务是针对电池可能出现的各种故障，对电池充放电状态的参数进行监控，以保证电池寿命和效能，使电池以及外部设备（如手机、pDA、笔记本电脑等）免受损坏。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
手机电池通常采用由电池保护专用集成IC和金属氧化物场效应管组成的一次保护电路。保护IC通过监测电池两端电压以及放电电流来控制FET的导通或关断，戒备过充电、短路、过放电等故障。
尽管一次保护通常被认为是可靠的，但当静电放电电压过高或超温时可能损坏保护IC或MOS-FET，而且在短路时集成电路会发生振荡，同时多数IC+MOS-FET电路对充电、放电过电流的测试是间接的，并不能保证在电池的所有工作状态下都会供应过电流保护，保护的可靠性也降低了。保护电路中新增科特公司电池保护专用pTC后，即使一次保护电路失效或者温升较高时，pTC仍能对过充、过流、短路、超温等故障供应保护，保证电池在被误用或滥用的情况下，不致发生安全性问题。
二、处理办法：
早期的电池采用保险丝或双金属片等作为在过流、短路、超温时的二次保护装置。但由于电池过流等故障往往是暂时性的，并不意味着电池的永久性损坏，保险丝不可恢复的缺点使电池制造商的质量保证成本新增；而双金属片虽然可以自恢复，但是会不停地动作/恢复，会导致触点早期疲劳磨损进而粘连从而失去保护用途，另外双金属片有关便携式设备对电池体积和重量方面的苛刻要求而言，体积和重量都较大。而高分子pTC以自恢复、低电阻以及不新增额外的体积要求的特点在为电池供应二次保护方面具有优点。
1．过充电保护：
按照Gb/T18287-2000对锂离子电池过充电保护的要求，我们分别以标称容量720mAh的电池没有保护电路、仅仅安装科特公司电池保护专用pTC保护两种情况进行过充电探测，期间监测电池电压和表面温度。（充电电源设定为恒流2CA充电，恒压值为2倍标称电压）。
图2：带和不带高分子pTC保护的电池表面温升曲线
从上面的实验结果能够观察到，不带pTC保护的电池在过充电时表面温度最高可达到接近120℃，最终引起漏液、起火甚至爆炸；而装有科特公司KT16-1750DL型高分子pTC的电池其表面温度不会超过80℃。
2．短路保护：
电池在外部短路时，电流可达15A以上，一般情况下，功率场效应管的极限工作参数会被轻易超过；另外，短路时保护IC的工作状态不可能保持稳定。以上问题都导致电池短路保护功能不够完善。
这种情况下，高分子pTC是很好的处理办法。高分子pTC可以在MOS管被击穿之前供应保护，确保电池的循环寿命，降低制造商的质量保证成本。
