科特高分子PTC解决锂离子电池过充电/短路保护难题

一、锂离子电池保护面临的挑战：

锂离子电池同NiMH 或NiCd 电池比较，电流密度大，广泛应用于各种便携式设备中。

通常锂离子电池对过充电十分敏感。当充电至电池两端电压过高时，会增加电池漏液、冒烟、燃烧、爆裂的危险（这类危险往往相当剧烈）。过充电可能由充电失控、电极错误或使用不正确的充电器造成。锂离子电池在充放电电流过大或外部短路时，内部发热可能损坏电池或烧毁其他部件，严重缩短电池的循环使用寿命。

保护电路的任务是针对电池可能出现的各种故障，对电池充放电状态的参数进行监控，以保证电池寿命和效能，使电池以及外部设备（如手机、PDA、笔记本电脑等）免受损坏。

 

手机电池通常采用由电池保护专用集成IC 和金属氧化物场效应管组成的一次保护电路。保护IC 通过监测电池两端电压以及放电电流来控制FET 的导通或关断，防止过充电、短路、过放电等故障。

尽管一次保护通常被认为是可靠的，但当静电放电电压过高或超温时可能损坏保护IC 或MOS-FET ，而且在短路时集成电路会发生振荡，同时多数IC+MOS-FET 电路对充电、放电过电流的检测是间接的，并不能保证在电池的所有工作状态下都会提供过电流保护，保护的可靠性也降低了。保护电路中增加科特公司电池保护专用PTC 后，即使一次保护电路失效或者温升较高时，PTC 仍能对过充、过流、短路、超温等故障提供保护，保证电池在被误用或滥用的情况下，不致发生安全性问题。

二、解决方案：

早期的电池采用保险丝或双金属片等作为在过流、短路、超温时的二次保护装置。但由于电池过流等故障往往是暂时性的，并不意味着电池的永久性损坏，保险丝不可恢复的缺点使电池制造商的质量保证成本增加；而双金属片虽然可以自恢复，但是会不停地动作/恢复，会导致触点早期疲劳磨损进而粘连从而失去保护作用，另外双金属片对于便携式设备对电池体积和重量方面的苛刻要求而言，体积和重量都较大。而高分子PTC 以自恢复、低电阻以及不增加额外的体积要求的特点在为电池提供二次保护方面具有优势。

1．过充电保护：

按照GB/T18287-2000 对锂离子电池过充电保护的要求，我们分别以标称容量720mAh 的电池没有保护电路、仅仅安装科特公司电池保护专用PTC 保护两种情况进行过充电测试，期间监测电池电压和表面温度。（充电电源设定为恒流2C A 充电，恒压值为2 倍标称电压）。

图2：带和不带高分子PTC 保护的电池表面温升曲线

从上面的试验结果能够观察到，不带PTC 保护的电池在过充电时表面温度最高可达到接近120℃，最终引起漏液、起火甚至爆炸；而装有科特公司KT16-1750DL 型高分子PTC 的电池其表面温度不会超过80℃。

2．短路保护：

电池在外部短路时，电流可达15A 以上，一般情况下，功率场效应管的极限工作参数会被轻易超过；另外，短路时保护IC 的工作状态不可能保持稳定。以上问题都导致电池短路保护功能不够完善。

这种情况下，高分子PTC是很好的解决方案。高分子PTC 可以在MOS 管被击穿之前提供保护，确保电池的循环寿命，降低制造商的质量保证成本。

上海科特高分子材料有限公司的电池保护用高分子PTC 热敏电阻为带状，镀镍铜引线，适合在便携式设备的高电流密度锂离子电池中使用。