什么是“SCP”？——锂离子电池过充、过流等错误保护

锂离子电池的有益特性

锂离子电池用作智能手机和笔记本电脑等设备的电源。随着技术的进步，这些电池变得更小、更强大，现在也用于无人机和电动自行车。可以说，锂离子电池在我们的日常生活中是必不可少的。由于以下三个关键优势，它们被广泛用于各种应用：

1. 高电压和高能量密度
   锂离子电池提供的电压（标称电压为 3.7 V）大约是类似尺寸的镍镉 （NiCd） 或镍氢 （NiMH） 电池（标称电压均为 1.2 V）的三倍。这种更高的标称电压意味着与传统电池相比，它们可以用更少的电池产生相同的电压。此外，它们比其他电池具有更高的能量密度，从而生产出更小、更轻的产品。
2. 自放电特性
   锂离子电池的自放电率约为每月 5%，不到镍镉或镍氢电池的五分之一。这意味着即使电池闲置几个月，它仍将保留与未使用一个月的传统电池大致相同的能量。
3. 无记忆效应
   在传统的镍镉和镍氢电池中，重复的部分充电会缩短电池的整体寿命，这种现象被称为“记忆效应”。锂离子电池没有这种记忆效应，允许重复充电。

锂离子电池的安全性 s

下图说明了电池的分类。本文讨论的电池是可充电电池（可以充电和重复使用的电池），属于化学电池的范畴。锂离子电池是高性能、紧凑、轻便的电池，其性能明显优于电子设备中使用的传统电池。尽管锂离子电池具有优势，但挑战仍然存在，例如过度充电的风险。

以下是构成标准二次电池（铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池）的正负极的典型活性材料和电解液。除使用有机溶剂的锂离子电池外，所有电池的电解液都使用水作为电解液的溶剂。这种有机溶剂使锂离子电池的标称电压超过水电解电压 （1.23 V）。

给镍氢电池或镍镉电池充电时，随着充电的进行，电池电压逐渐上升，在充满电时电池电压达到峰值，然后进入平衡状态。另一方面，电池温度会持续上升，但不会变得太大，电池容量相对于电池的大小来说很小，电解质也是水溶液 (不可燃)，考虑到这一点，可以说是比较安全的电池。

相反，如果锂离子电池在没有任何保护措施的情况下继续充电，即使在电池充满电后，电池电压和电池温度也会继续上升（见下图）。

考虑到大量能量被限制在小空间和高温中并且有机溶剂 (易燃液体) 共存，可以说它是“充电太多时危险”的电池。然而，如上所述，毫无疑问，它是一种具有优异特性的电池，例如高能量密度，到目前为止，在性能和安全性方面已经做出了各种努力，从而导致了当前的普及。

锂离子电池二次保护

可重复使用的充电电池内置电池管理系统 (BMS)，用于监控和调节充电和放电。BMS 位于电池和设备（或充电器）之间，以电子方式监控和管理电池的电流、电压和温度。BMS 可以检测到大多数异常情况，从而在电池运行过程中提供安全保障。

然而，即使是电子电路的保护功能，有时也会因异常或半导体故障而失效。对于锂离子电池，由于火灾或爆炸等异常情况可能造成的严重后果，因此加入了二级保护。因此，为了提高安全性，需要一种可靠的二级保护方法。

自我控制保护器（SCP）

“自我控制保护器”（SCP）由Dexerials开发，是一种保险丝元件，用于物理断开锂离子电池二级保护中的充放电电路。当电池不稳定或主防护功能异常时，SCP通过切断电路来确保安全。SCP的职责是立即停止不稳定电池的运行，并安全地将其与电路断开。

保险丝是一种广泛应用于电气设备的保护元件。它通过在过流时用焦耳热熔化熔断器元件来断开电路。然而，对于锂离子电池来说，不仅要考虑过载，还要考虑过载。自1994年推出以来，Dexerials的SCP已被认可为锂离子电池二级保护保险丝的标准组件，截至2024年3月，已出货超过28.4亿单位。

SCP结构和电路图如下所示。

SCP在过电流时的工作方式与传统保险丝类似，当保险丝熔断时，电路就会断开，如图A所示。然而，SCP在过充电时的激活方式有所不同。SCP在保险丝下方有一个加热器。

当发生过充时，加热器启动并熔断保险丝元件，切断电流，如下图 B 所示。

SCP的潜力和未来

大约30年来，Dexerials一直致力于锂离子电池保护的研发。SCP已被广泛用作锂离子电池的二级保护保险丝，并安装在许多笔记本电脑中，二级保护至关重要。电池性能显著提升，应用范围扩展到数码相机、智能手机、平板电脑、电动工具，甚至电动汽车等多种设备。最近出现了“快速充电”等意外需求，促使SCP得到进一步改进。Dexerials将继续我们的研发工作，支持更安全、更便捷电池的创新。

适用于智能手机和平板电脑等设备：
SCP（过充过放）在这些设备中发挥着重要作用，可以防止电池过充或过放。它有助于延长电池寿命、提高安全性，从而极大地改善用户体验。（更多信息，请参阅文章“用于快速充电智能手机二次保护熔断器 (SCP) 技术）。

电动工具：
在对耐用性和安全性要求极高的电动工具领域，SCP（自控保护器）发挥着重要的安全作用。即使在恶劣的工作环境下，它也能保护电池安全，从而确保高效工作。（更多信息，请参阅文章《电动工具的发展历程及Dexerials公司的SCP——自控保护器（SCP）》）

无人机：
无人机市场正经历快速扩张和技术创新，因此需要轻量化且高效的电池管理系统。SCP（同步控制脉冲发生器）有望在最大限度地延长无人机飞行时间和确保飞行安全方面发挥重要作用。（更多信息，请参阅文章《无人机的历史与未来——更高性能、更长飞行时间、更高电压及其相关技术》）

电动汽车和自行车：
在电动汽车领域，SCP（充电桩）能够提高电池安全性并实现长续航里程。此外，通过支持高电流，它们也有助于快速充电技术的普及。（更多信息，请参阅文章）电动摩托车在全球范围内的普及及其安全性（电池和二次保护保险丝））。

SCP技术的演进不会停止，我们将继续致力于开发更安全、更高效的锂离子电池保护元件，目标是实现“更小的尺寸”和“更高的电流”。我们还有一篇关于开发过程的文章（“二次保护熔断器 (SCP) 的潜力——过充过流功能开辟的新市场（）有货。请查看。