鋰離子電池熱保護簡(jiǎn)述

　　在眾多鋰離子保護方案中，多級保護方案一直被廣泛采用，以獲得鋰離子電池的高安全性。通常多級保護均包含主動(dòng)和被動(dòng)保護方案，控制的基本參數大多是電壓、電流和溫度。近年來(lái)，由于能量密度的提升受限，為滿(mǎn)足客戶(hù)的使用要求，因此快速充電迅速普及。從設計習慣和認證測試角度來(lái)看，客戶(hù)往往更關(guān)注電壓的監測和保護，而忽視之前較多采用的被動(dòng)保護器件，如 PTC 和 MHP-TA 等過(guò)溫度保護性能，它們采用兩套 IC+Mos 主動(dòng)保護方案和 NTC 溫度監測。這樣的設計是否存在不合理性，業(yè)界尚有爭論。本文試從實(shí)際使用角度略談一二。

　　如圖1所示，鋰離子電池在生產(chǎn)過(guò)程中采用陳化等機制，會(huì )將部分缺陷產(chǎn)品提前暴露出來(lái)，使得投入市場(chǎng)的產(chǎn)品具有相對較低的瞬時(shí)失效率。然而隨著(zhù)使用時(shí)間的延長(cháng)或者循環(huán)次數的增加，鋰離子電池由于化學(xué)反應和應力等因素，內部材料開(kāi)始老化，直觀(guān)的表現為容量衰減、體積增大膨漲及內阻增高。

　　圖1：“浴盆”曲線(xiàn)

　　在電池壽命的末期，電池的內阻可能出現異常升高，此時(shí)維持高功率的輸入輸出必然帶來(lái)溫度的升高。一般而言，溫度每升高 10℃，化學(xué)反應速率會(huì )增加約一倍，而化學(xué)反應加快將帶來(lái)電池的加速老化。換而言之，這是一個(gè)“自催化”的惡性循環(huán)。

　　目前的設計過(guò)度依賴(lài) NTC 的主動(dòng)溫度監測，而缺乏被動(dòng)的過(guò)溫度保護。這樣的設計是建立在電池溫度分布均勻且熱傳導快的假設之上，而實(shí)際上這兩點(diǎn)都是較難達到的。電池的內部溫度需要傳導至板子上的 NTC 上才能有效地“通知”主動(dòng)器件做出反應，而這個(gè)過(guò)程伴隨著(zhù)較長(cháng)的時(shí)間和溫度差。MHP-TA 和 Strap PPTC 由于與極耳直接連接，且電池高速熱傳導通路與電流回路一致，是最快的感測電池內部溫度異常的方案。因而也是理想的被動(dòng)溫度保護器件。

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