【技术】锂离子电池热保护简述

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。

如图1所示，锂离子电池在生产过程中采用陈化等机制，会将部分缺陷产品提前暴露出来，使得投入市场的产品具有相对较低的瞬时失效率。然而随着使用时间的延长或者循环次数的增加，锂离子电池由于化学反应和应力等因素，内部材料开始老化，直观的表现为容量衰减、体积增大膨涨及内阻增高。

图1：“浴盆曲线

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StrapPPTC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。

电池安全周期是从设计开始，以电池报废回收结束。设计方案应该考虑锂离子电池全使用周期的异常情况，充分考量和评价保护方案。