鋰離子電池熱保護簡述

　　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 Strap PPTC 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。