在眾多鋰離子保護(hù)方案中，多級(jí)保護(hù)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(jí)保護(hù)均包含主動(dòng)和被動(dòng)保護(hù)方案，控制的基本參數(shù)大多是電壓、電流和溫度。近年來，由于能量密度的提升受限，為滿足客戶的使用要求，因此快速充電迅速普及。從設(shè)計(jì)習(xí)慣和認(rèn)證測(cè)試角度來看，客戶往往更關(guān)注電壓的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，而忽視之前較多采用的被動(dòng)保護(hù)器件，如 PTC 和 MHP-TA 等過溫度保護(hù)性能，它們采用兩套 IC+Mos 主動(dòng)保護(hù)方案和 NTC 溫度監(jiān)測(cè)。這樣的設(shè)計(jì)是否存在不合理性，業(yè)界尚有爭(zhēng)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)過程中采用陳化等機(jī)制，會(huì)將部分缺陷產(chǎn)品提前暴露出來，使得投入市場(chǎng)的產(chǎn)品具有相對(duì)較低的瞬時(shí)失效率。然而隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)或者循環(huán)次數(shù)的增加，鋰離子電池由于化學(xué)反應(yīng)和應(yīng)力等因素，內(nèi)部材料開始老化，直觀的表現(xiàn)為容量衰減、體積增大膨漲及內(nèi)阻增高。
圖1：“浴盆”曲線
在電池壽命的末期，電池的內(nèi)阻可能出現(xiàn)異常升高，此時(shí)維持高功率的輸入輸出必然帶來溫度的升高。一般而言，溫度每升高 10℃，化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)增加約一倍，而化學(xué)反應(yīng)加快將帶來電池的加速老化。換而言之，這是一個(gè)“自催化”的惡性循環(huán)。
目前的設(shè)計(jì)過度依賴 NTC 的主動(dòng)溫度監(jiān)測(cè)，而缺乏被動(dòng)的過溫度保護(hù)。這樣的設(shè)計(jì)是建立在電池溫度分布均勻且熱傳導(dǎo)快的假設(shè)之上，而實(shí)際上這兩點(diǎn)都是較難達(dá)到的。電池的內(nèi)部溫度需要傳導(dǎo)至板子上的 NTC 上才能有效地“通知”主動(dòng)器件做出反應(yīng)，而這個(gè)過程伴隨著較長(zhǎng)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(dǎo)通路與電流回路一致，是最快的感測(cè)電池內(nèi)部溫度異常的方案。因而也是理想的被動(dòng)溫度保護(hù)器件。
電池安全周期是從設(shè)計(jì)開始，以電池報(bào)廢回收結(jié)束。設(shè)計(jì)方案應(yīng)該考慮鋰離子電池全使用周期的異常情況，充分考量和評(píng)價(jià)保護(hù)方案。