用于大电流锂离子电池的二次保护元件技术

锂离子电池电流增加

锂离子电池用于为笔记本电脑和智能手机等设备供电。 技术的进步导致了更高电流的电池设备。最近，此类电池也被用于各种应用，包括但不限于无绳电动工具和个人交通工具，例如电动摩托车和电动自行车。

Dexerials 生产保险丝组件或 SCP（自控保护器），为锂离子电池提供二级保护。现在，更高电流的器件应用需要 SCP。在本文中，将解释SCP工作原理的示例。

并联次级保护元件 (SCP)，以处理更大的电流

在 Dexerials，单SCP专为锂离子电池的二次保护而设计。具有简单的结构和配置被认为是实现最佳安全性的最佳选择。然而，由于各种原因，在某些情况下，可以连接多个 SCP 来处理更高的电流。图1是这种并联电路的示意图。

图 1 所示电路中，三个额定电流为 30A 的 SCP 并联连接，总电流为 90A。该电路图的关键点在于，一个二极管（整流器）连接到加热器（电阻器），用于加热并熔断保险丝元件。

为什么需要二极管

在上面介绍的SCP并联电路中，必须包含一个二极管或一个场效应晶体管（FET），它们的作用相同。下图2显示了SCP在被过流保护切断之前的并联电路。任意数量的SCP可以并联连接。因此，多个SCP可以处理更大的电流。正如稍后将要展示的，如果并联电路中没有连接二极管，即使保险丝熔断，也可能留下一条电流流过的路径。二次SCP保护的基本原理是中断电路，阻断任何路径，使电流无法通过。

下图3展示了过流保护后的SCP保险丝元件照片。方形保险丝元件的一部分熔断，就像被垂直切开一样。如等效电路（右侧电路）所示，SCP电路中有两个保险丝，但只有其中一个熔断。当电路因过流保护而断开时，很可能只有其中一个保险丝会熔断。确切地说，其中一个保险丝（例如，电阻稍高的那个）会先熔断。因此，电流会在该阶段停止流动，而剩余的一侧不会熔断。

现在让我们考虑一个没有二极管并联的情况。图 4 显示了三个并联的 SCP，每个 SCP 都熔断用于过流保护。所有三个SCP，A，B和C，都被熔断了Fuse1或Fuse2。如果熔断的保险丝都在同一侧（Fuse1 或 Fuse 2），则整个电路断裂，锂离子电池受到保护。但是，如图4所示，如果所有三个熔断的保险丝都不在同一侧，则电路中仍会有一些电流流动。这意味着存在无法确保二级保护完整性的风险。

为了解决这个问题，可以添加一个整流二极管。通过限制电流单向流动，无论哪个保险丝熔断，电路都会被切断。由于控制电流的场效应晶体管 (FET) 也可以进行整流，因此可以添加场效应晶体管 (FET) 作为二极管的替代品（如图 5 所示）。

在充放电系统中分别连接二级保护元件 (SCP)

图6所示为SCP用于需要瞬时大电流的设备（例如无线电动工具和电动摩托车）时的电路示例。放电电路和充电电路是分开的，SCP仅用于充电电路。

通常，即使在电动工具中，充电也使用约 3 至 10A 的低额定电流。相反，当需要大功率时，例如电动摩托车上坡时，使用 100A 或更高的高额定电流也并不少见。如果充电和放电电路相同，放电过程中的大电流可能会导致SCP损坏。因此，在交通运输和电动工具电池应用中使用 SCP 时，应将电路分为放电和充电部分。此外，它只能用于设计有过充保护功能的充电电路中。

随着锂离子电池应用的扩大，锂离子电池的容量和电流都在增加。为了使用锂离子电池的大型设备的安全，Dexerials 将继续努力进一步改进 SCP。