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锂离子电池热保护简述

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2016/4/28     浏览次数:    

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 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。

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。

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