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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
作者:孙明
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电池/开关电源展厅
电池, 碱性电池, 锂离子电池, 纽扣电池, 太阳能电池, ...
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:

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从上图实验结果可以看出,在过充测试中,没有加被动保护器件PTC的电池芯温度会一直升高到120度直至电芯失效-起火燃烧;而加有合适的被动保护器件PTC的电池芯在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,温度下降,起到了保护电池芯安全,没有起火及燃烧发生。

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接下来关于LPS:LPS 是Limited Power Source的缩写,针对锂离子/锂聚合物电池应用中,通常使用PPTC器件来满足UL/LPS要求,8A/60s的要求就决定了PTC的规格选择范围。查阅各PTC厂商公布的产品规格资料,常温保持电流大于4A的PTC均不能确保符合LPS(8A/60S)。

综合上述几方面分析,可以发现,目前实际应用端的要求已经超出了现有PTC材料自身特性,为满足应用要求,急需从PTC材料自身特性方面做出个改变,可以预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,类似下图3所示意,正常情况下PTC的电流VS温度特性近似一条直线,而如果可以通过改变PTC自身材料高温(>70℃)特性,如在70℃到90℃区间,PTC电流能力VS温度的斜率陡增,类似下图3箭头示意,这将可以在一定程度上解决应用与安规过充测试两方面对PTC器件参数要求的冲突.

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电池的容量越做越大,继续采用传统的充电方式,势必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已经成为更手机厂商新的发展方向。提升充电电流是最为直接的方式,从市场上各手机品牌厂商的产品来看,目前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,传统使用于锂离子电池保护的PTC已无法满足快充要求,这也促使PTC必须做出技术上的突破,方能跟上应用需求。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, 适时推出了MHP-TA产品, 该产品整合了双金属片和PTC两方面特性,分为低电流TA6和高电流TA15两个系列,其常温条件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池芯厂家对保护温度的要求。
文章内容仅供参考 (投稿) (6/27/2015)
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