新的电路保护方法将“智能激活”用于高倍率放电锂离子电池应用

电池保护新方法

由于锂离子(Li-ion)电池技术的发展，更小、更轻和更大功率的锂离子电池现在可以取代先前用于高倍率放电电池应用的镍镉(Nickel Cadmium)或铅酸(Lead Acid)电池。这种发展趋势导致更多的大功率应用转向锂离子电池技术。从而引发了对更稳健的电路保护解决方案的需求，以期帮助确保终端产品中的电池安全性。

当前，很少有电路保护解决方案用于高倍率放电锂离子电池应用，比如电动工具、电动自行车(E-bike)、轻型电动汽车(Light Electric Vehicle，LEV)和备用电源应用。此外，传统电路保护技术往往是比较大型、复杂或昂贵的。

通过提供具有成本效益的节省空间的电路保护器件，金属混合PPTC(MHP)技术能够迎合锂离子电池组市场的设计趋势。通过并联连接双金属片保护器与聚合物正温度系数(Polymeric Positive Temperature Coefficient，PPTC)器件，MHP器件提供了可重置的过流保护功能，同时在较大电流下，还可利用PPTC器件的低电阻来帮助防止双金属片保护器中产生电弧。

核心设计概念

在MHP器件正常工作期间，由于具有低接触电阻，电流通过双金属片触点，在异常情况下，比如电动工具转子卡住时，电路中会产生很高的电流，导致双金属片触点打开，其接触电阻增加。此时电流将通过电阻较低的PPTC器件流过，帮助抑制触点之间电弧的产生，同时又加热双金属片，使其保持在打开状态和锁定位置。　　

 

如图1所示，MHP器件的激活步骤包括：

(1)在正常状态下，由于双金属片接触电阻很小，大部分电流通过双金属片流过。

(2)当触点打开时，接触电阻快速增加。如果接触电阻比PPTC器件的电阻高，大部分电流就会通过PPTC器件流过，因而没有电流或很少有电流流经触点，因此抑制了触点之间电弧的产生。当电流分流至PPTC器件时，它的电阻快速增加到比接触电阻高出许多的水平，PPTC器件的温度升高。

(3)触点打开之后，PPTC器件开始对双金属片加热，并使其保持打开状态，直到过流事件结束或电源关闭。

(4)PPTC器件的电阻要远远低于陶瓷PTC器件，这意味着即使触点只打开一小部分，接触电阻只是略有上升，电流也会被分流至PPTC器件，从而帮助防止触点产生电弧。通常，在室温下陶瓷PTC器件和聚合物PTC器件之间的电阻差异在百倍(×10²)范围内，因而当电阻较高的陶瓷PTC器件与双金属片并联组合时，在抑制较大电流的电弧放电方面不如聚合物MHP器件有效。