快充讓鋰電池保護元件化敵為友

　　鋰電池是目前能量密度很高而且很輕的電池，但是由于化學特性非常活躍，所以本身因為有安全保護的需要，而增加充放電保護電路。充放電保護電路關鍵元件—— Mosfet也有一定比率的短路失效，如果鋰電池產量并不大，那么這個效果就不會體現出來。但是鋰電池的需求量非常大，僅2014年全球小型鋰電池出貨量就達56億顆。在這么巨大的出貨量面前，即使1ppm的概率風險，那也是平均有5600次/年的危險事件可能發(fā)生。所以在主保護電路之外，再加一個二次保護，進一步降低風險。在二次保護的元器件中，一般只用一顆元件，有用一次性斷保險絲的，也有用PTC的，還有用溫度保險絲等多種元件。用了PTC就不用保險絲（fuse），用了保險絲（fuse）就不用PTC，保護器件是相互競爭關系，就好像不同的等位基因爭奪染色體上同一個位置一樣。但是由于各種保護元件并非是全面勝出，所以形成了多種元件并存的局面，滿足各種不同的應用需求。

　　但是隨著智能手機快速普及，手機電池容量越來越大，出現了快速充電的需求，目前已經有多個標準如OPPO Vooc標準，高通的QC 2.0標準，MTK的Pump Express Plus的標準橫出于世。在快速充電的情況下，在前30分鐘內的電流會很大，一般會達到3A左右。

　　在快速充電前30分鐘的大電流沖擊下，伴隨著發(fā)熱和溫升，將改變鋰電池的二次保護元件的競爭局面，取而代之的將是合作模式：PTC+fuse形成一個保護組合。

　　首先，PTC+fuse可以互補溫度保護和過流保護。PTC具有溫度保護功能，但是由于溫度折減比率比較高，所以選擇規(guī)格比較大，相對過電流保護能力就弱了一些，而且PTC動作速度較慢。保險絲（fuse）對于溫度不敏感，不能提供溫度保護，但是溫度折減比率也非常低，所以可以選擇比較小的電流規(guī)格，相對過流保護能力強，而且動作速度快得多。

　　其次，PTC+fuse將會是通過UL2054的低成本解決方案。在大電流充電情況下，僅靠單一元件比較難通過UL2054的全部測試，因為每個元件都有一些優(yōu)點和不足。第一，常用的PTC。因為充電電流很大，為了保證在快速充電而溫升很高的情況下不動作，選擇的規(guī)格必然會到1206 6A/7A。選擇如此大的規(guī)格，鋰電池在通過UL2054的LPS測試時就會碰到困難，因為很難在60秒內將電流限制在8A以下。第二，常用的保險絲 （fuse）。最大的優(yōu)點是對于溫度不敏感，可以選擇5A規(guī)格，《=5A規(guī)格保險絲極有利于鋰電池通過UL2054 的LPS測試；但是因為本身對于溫度不敏感，不具備過溫保護功能，所以比較難通過UL2054的6V/1C和6V2C的濫充測試項目。第三，三端保險絲，雖然能夠解決過溫保護的溫度，但是因為電流規(guī)格更大，高達10A/12A，也過不了LPS測試；而且成本很高。第四，有的廠商采用雙IC方案，雖然效果比較好，但是成本比較高。如果將PTC和保險絲（fuse）相結合，首先依靠對溫度不敏感的5A保險絲（fuse）輕松通過LPS、短路等測試項目；然后再依靠1206 6A/7A 的PTC通過6V/1C和6V2C的濫充等測試項目，整個方案成本很低。

　　最后，PTC+fuse的保護方案將較單一元件更安全。因為將兩個元件組合在一起，相當于在二次保護之外又加了一次保護，對鋰電池的安全性又加了一重保險，進一步大幅降低風險系數。