二次保護技術為智慧手機快速充電

快速充電智慧型手機和鋰離子電池

智慧型手機的效能每年都在提高，導致這些設備中安裝的鋰離子電池的容量增加。隨著電池容量的增加，充電所需的時間也會增加。因此，一些公司現在正在銷售可以通過攜帶比以前更大的電流來更快地充電的智能手機。

5 至 6 年前設計的智慧型手機通常需要 3 至 4 小時才能充滿電，但一些最新的快速充電智慧型手機可以在大約 30 分鐘內充滿電。智能手機中使用的鋰離子電池需要二次保護的新技術來應對大容量和快速充電的電池。

用於次級保護的保險絲系統：SCP (自控保護器) 和 FET (場效應電晶體)

普通智慧型手機中常用於保護鋰離子電池的解決方案是設計結合保護IC和場效電晶體（FET）的雙保護電路。FET 連接到檢測電壓的 IC。如果IC檢測到超過標準量的電壓，則流向充放電電路的電流將被切斷。在下圖左邊所示的電路中，電壓閾值略有偏移，例如一次保護的 FET-1 為 4.4 V，二次保護的 FET-2 為 4.5 V。這可以實現雙重保護。

雙FET方法被主要智慧型手機製造商廣泛使用。然而，傳統雙保護系統中使用的FET的電阻值約為2mΩ。顯著降低電阻值的一種方法是使電池更大。電阻值越低，能量損失越小。相反，電阻值越高意味著發熱越多（越熱），因此電阻越低，最適合抑制發熱。

作為一種保護方法，可以使用兩個FET。但由於它們的工作方式相同，當發生超出其能力範圍的事件時，兩個FET都有可能無法運作。為了確保電池的安全性和可靠性，主保護電路和次級保護電路應採用不同的機制。

因此，Dexerials 開發的低電阻 SCP* 越來越多地被採用作為二級保護的保險絲元件來代替 FET。快速充電的智慧型手機需要透過盡可能降低電路元件的電阻來最大限度地減少能量損失，以減少充電過程中產生的熱量。SCP型號SFJ-0422U的保險絲電阻為0.9mΩ，是Dexerials用於小型設備的SCP中最小的，不到用於二次保護的一般FET的一半。這導致它被許多快速充電智慧型手機採用。

* SCP是用於鋰離子電池二次保護的保險絲元件，索尼化學公司（現為 Dexerials）於 1994 年推出。它現在安裝在許多帶有鋰離子電池的設備中。

上圖顯示了安裝在電路板上的SCP的溫度和電流之間的關係。當電流從0.2A增加到5A時，SFJ-0422U的電阻幾乎保持不變，為0.9mΩ。雖然溫度因焦耳熱而升高，但上升是漸進的，並在+11°C時停止。 （註：溫度僅供參考，受周圍環境影響較大。
智慧型手機製造商在設計產品時不會超過規定溫度，以防止長時間使用後發生低溫燒傷和其他健康危害。低電阻 SCP 有助於抑制溫度升高和功耗。

SCP 體積小，因此廣泛採用於 2 億台

上圖顯示了 SFJ-0412S 是小型低電阻 SCP 的標準產品，如何整合到智慧型手機的鋰離子電池中。在智慧型手機中，空間有限，保護電路模組必須小型化。在許多情況下，如圖所示，模組板又長又窄。因此，安裝區域寬度為 3 mm 的 SFJ-0412S 具有非常節省空間的設計。Dexerials 還開發了更小的產品 SFR-0412x（最短邊 1.8 mm），以支援保護電路模組的小型化。自 1994 年推出以來，Dexerials 的SCP已被公認為鋰離子電池二次保護保險絲的標準組件，截至 2024 年 3 月出貨量超過 2.84 億個。

適用於快速充電設備的SCP（SFJ-0422U）

用於快速充電智能手機的低電阻 SCP 的開發始於幾年前應客戶要求。Dexerials 隨後開發了 SFJ-0422U，這是一種低電阻、小尺寸SCP。

目前，Dexerials 正在完成一項具有挑戰性的任務，同時實現低保險絲電阻，以適應快速充電的小型智能手機。增加通過保險絲元件橫截面的電流路徑可以降低電阻，但相反，元件會變大，從而無法小型化。特別是在組件高度有限的情況下，例如在智能手機中，唯一的方法是水平拉長它們，從而產生更大的安裝面積。另一方面，小型化會減少通過橫截面的電流路徑，從而導致保險絲電阻增加。

以下是目前可用的 SCP（SFJ-0412S 和 SFJ-0422U）的產品資訊。

綜上所述，SCP和FET作為二級保護元件的主要區別在於它們的斷路功能。當智慧型手機的電池出現問題時，保護IC會偵測到異常電壓並使用FET關閉電路。然而，這只是暫時的;一旦電壓恢復到正常範圍，充電和放電就再次成為可能。另一方面，如果電池出現異常過充或過流問題，SCP會熔斷保險絲元件，電路將永久關閉。二次保護元件的存在是為了防止在緊急情況下損壞，因此一旦出現問題，禁用電池作為預防措施會更安全。

事實上，涉及鋰離子電池的事故至今仍在報導。Dexerials 將繼續改進 SCP，以增強鋰離子電池的安全性。