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手机/平板用锂离子二次电池对被动保护器件新性能要求探讨
来源:TE  时间:2015-06-17

随 着智能手机屏幕尺寸越做越大,功能越来越多,以及 4G 网络时代的到来,对智能手机电池的容量及放电能力要求也随之提高。据手机电池开发工程师反馈,除 了要求大容量电池以满足续航时间外,同时还需要电池在放电能力方面可以支持高持续放电电流以及瞬时大电流,目前一些国内手机厂已经要求保证电池 在 55℃ 甚至 60℃ 可以持续放电 3~4A,有些甚至更高。由于被动保护器是与电芯以串联方式连接,这就要求被动保护器件(如 PTC)在上述温 度条件下应具有相应甚至更高的保持电流能力。即从应用要求出发,PTC 电流能力越选越高。

另 一方面,从电池安规/过充测试要求来看,可以确定,在被动保护器的选择上,器件保护点越低越有利于达到好的保护效果。体现在 PTC 器件,器件 的 Ihold/Itrip 越低,越容易通过测试;体现在温度感测双金属片器件 MHP-TA上,器件自身动作温度越低,越容易通过测试。

下图 1 示意了在锂离子电池过充测试中,加 PTC / 不加 PTC 温度变化的对比:

图 1

图 2

从上图可以看到,在过充测试中,没有加被动保护器件的电芯温度可能达到 120 度甚至更高,直至电芯失效和起火燃烧;而加有被动保护器件的电芯在80度左右即因 PTC 动作后呈现高电阻,从而快速拉低充电电流,起到了保护电芯不起火/燃烧而失效的作用。

综 合上述两方面分析,可以想见,如果可以研发出一种具有分段式电流 VS 温度特性的 PTC 材料,如下图 3 所示意,正常情况下 PTC 的电 流 VS 温度特性近似一条直线,而如果可以通过调整材料的高温(>70℃)特性,在 70℃ 到 90℃ 区间使得 PTC 电流能力 VS 温 度的斜率增大,类似下图 3 箭头示意,将可以很好解决应用与安规测试这两方面对 PTC 参数要求的冲突。

图 3

电 池容量越来越大,继续采用传统的充电方式,势必会延长一次完全充电的时间,这将给用户体验带来极大的负面影响。因此,锂离子二次电池快速充电的需求已经成 为新的发展方向。而提升充电电流是最直接的方式,从市面上已有品牌的产品来看,其充电电流已经提升到 4.5A 上下。长时间如此大电流充电,对于被动保 护器件也带来了极大挑战,传统使用于电池保护的 PTC 似乎已无法满足快充要求,TE 作为电路保护行业引领者,在锂离子电池保护器件的开发及应用方面 有着多年的经验,及时推出的 MHP-TA 产品整合了双金属片和 PTC 特性,分为 TA6 和 TA15 两个系列,其常温下的保持电力能力分别达 到 6A 和 15A,完全可以应对现今锂离子电池快充应用的电流要求。同时其动作温度点也相当精确,分别为 72/77/82/85/90℃,可以很好 应对不同电芯厂家对保护温度的要求。

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