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鋰離子電池熱保護簡述

鉅大LARGE  |  點擊量:1471次  |  2019年08月23日  

在眾多鋰離子保護方案中,多級保護方案一直被廣泛采用,以獲得鋰離子電池的高安全性。通常多級保護均包含主動和被動保護方案,控制的基本參數大多是電壓、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。從設計習慣和認證測試角度來看,客戶往往更關注電壓的監測和保護,而忽視之前較多采用的被動保護器件,如pTC和MHp-TA等過溫度保護性能,它們采用兩套IC+Mos主動保護方案和NTC溫度監測。這樣的設計是否存在不合理性,業界尚有爭論。本文試從實際使用角度略談一二。


如圖1所示,鋰離子電池在生產過程中采用陳化等機制,會將部分缺陷產品提前暴露出來,使得投入市場的產品具有相對較低的瞬時失效率。然而隨著使用時間的延長或者循環次數的增加,鋰離子電池由于化學反應和應力等因素,內部材料開始老化,直觀的表現為容量衰減、體積增大膨漲及內阻增高。


圖1:“浴盆”曲線


在電池壽命的末期,電池的內阻可能出現異常升高,此時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℃,化學反應速率會增加約一倍,而化學反應加快將帶來電池的加速老化。換而言之,這是一個“自催化”的惡性循環。


目前的設計過度依賴NTC的主動溫度監測,而缺乏被動的過溫度保護。這樣的設計是建立在電池溫度分布均勻且熱傳導快的假設之上,而實際上這兩點都是較難達到的。電池的內部溫度需要傳導至板子上的NTC上才能有效地“通知”主動器件做出反應,而這個過程伴隨著較長的時間和溫度差。MHp-TA和StrapppTC由于與極耳直接連接,且電池高速熱傳導通路與電流回路一致,是最快的感測電池內部溫度異常的方案。因而也是理想的被動溫度保護器件。


電池安全周期是從設計開始,以電池報廢回收結束。設計方案應該考慮鋰離子電池全使用周期的異常情況,充分考量和評價保護方案。


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