用于更高电压锂离子电池的二次保护元件技术

锂离子电池越来越多地用于高压设备

在过去的几年里，锂离子电池的应用范围大大扩大。 笔记本电脑、智能手机、平板电脑和其他设备使用电压范围为 4 至 12V 的电池组。然而，高电压（几十个电压）的锂离子电池现在通过在单个电池组中连接 10 多个电池，用于电动工具、应急电源、电动自行车和电动摩托车。因此，在发生过充或其他问题时安全关闭电路的自控保护器（SCP）*也需要能够处理高电压。

* SCP是用于锂离子电池二次保护的保险丝元件，Dexerials 于 1994 年开始销售。SCP 安装在许多使用锂离子电池的设备中。

使用二次保护元件的高压设备保护电路的三个示例（SCP）

使用 SCP 构建高压设备保护电路的方法有多种。下文将介绍三种推荐的典型方法。
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１.部分驱动控制

“部分驱动控制”是一种将电池的某些电池连接到SCP的方法。例如，如上图所示，电池十节电池中五节的电路连接到SCP。图左侧电池组中间第五节电池的电路连接到场效应晶体管 （FET），该晶体管充当开关。然后将 FET 连接到SCP，它能够处理 5 个电池的电压。当保护IC检测到超过规定值的电压时，FET导通，SCP升温，保险丝元件熔断，锂离子电池与充放电电路断开。

看这个电路，人们可能会认为它只能检测到从1号到5号的五个电池的电池缺陷，但事实并非如此。连接到 FET 的次级保护 IC 监控所有 10 个电池的电压和电流。 因此，即使其余 5 个未直接连接到SCP的电池发生故障，电路仍会中断。这种方法可以以相对较低的成本为高压设备中使用的锂离子电池提供二次保护，因为电路配置简单，无需使用任何特殊元件。

２.恒流驱动控制

SCP内置的加热器有一个电路，当超过规定电压时，保护 IC 就会命令电流流动并产生热量。当SCP检测到过度充电时，它会利用加热器产生的热量熔断保险丝元件并中断电路。当然，如果流经加热器的电流随电压波动而变化，则产生的热量也会随之变化，从而导致保险丝熔断所需的时间发生变化。因此，流过加热器的电流最好波动较小。在这种方法中，次级保护 IC 和SCP之间的 "恒流电路 "使流过加热器的电流保持恒定。上图显示，当插入运行功率为 8-30W 的SCP（型号：SFJ-2015U）时，电路会在电流为 1A 时被切断。虽然这种方法提高了稳定性，但由于恒流电路本身比较复杂，因此成本较高。为了提高电路的稳定性，建议采用这种方法。

３.脉冲宽度调制控制　

这种方法通过二级保护集成电路对场效应管的开/关功能进行脉冲控制，从而降低总功率。上图使用了与上述恒流驱动控制方法相同的SCP（型号 SFJ-2015x，工作电压范围 14.4-23.5V），工作功率为 8-30W。通常情况下，SCP不能用于电压为 30V 的电路中，因为该电压超出了工作范围，加热器电路会在保险丝元件熔断之前断开。但是，如果使用脉冲控制方法，则可以通过反复开关电流来降低总功率。假设 "接通 "和 "断开 "的比例为 1:1，则功率将降至 ~15.5 - 25W，从而使SCP可以用于电压为 30V 的电路中。

这种方式可靠性高，因为IC控制FET的开/关功能。另外，普通SCP每个元件的电压范围是固定的，例如5至9V或10.5至19.6V，而脉冲控制方式允许更宽的电压范围，例如3至20V。

上述三种方法推荐用于高压应用中的锂离子电池保护。随着锂离子电池应用的不断增长，其电压也会越来越高。Dexerials 拥有保护此类电池的丰富知识和技术。有关在高压设备中使用锂离子电池的任何问题，请随时联系 Dexerials。

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