用於大電流鋰離子電池的二次保護元件技術

鋰離子電池電流增加

鋰離子電池用於為筆記本電腦和智能手機等設備供電。 技術的進步導致了更高電流的電池設備。最近，此類電池也被用於各種應用，包括但不限於無線電動工具和個人交通工具，例如電動摩托車和電動自行車。

Dexerials 生產保險絲組件或 SCP（自控保護器），為鋰離子電池提供二級保護。現在，更高電流的設備應用需要 SCP。在本文中，將解釋SCP工作原理的範例。

並聯二次保護元件 （SCP） 以處理更高的電流

在 Dexerials，單SCP專為鋰離子電池的二次保護而設計。具有簡單的結構和配置被認為是最佳安全性的最佳選擇。然而，由於各種原因，在某些情況下可以連接多個 SCP 來處理更高的電流。圖1是這種並聯電路的示意圖。

圖 1 所示電路中，三個額定電流為 30A 的 SCP 並聯連接，總電流為 90A。此電路圖的關鍵點在於，一個二極體（整流器）連接到加熱器（電阻器），用於加熱並熔斷保險絲元件。

為什麼需要二極體

在上面介紹的SCP並聯電路中，必須包含一個二極體或一個場效電晶體（FET），它們的作用相同。下圖2顯示了SCP在被過電流保護切斷之前的並聯電路。任意數量的SCP可以並聯連接。因此，多個SCP可以處理更大的電流。正如稍後將要展示的，如果並聯電路中沒有連接二極管，即使保險絲熔斷，也可能留下一條電流流過的路徑。二次SCP保護的基本原理是中斷電路，阻斷任何路徑，使電流無法通過。

下圖3展示了過流保護後的SCP保險絲元件照片。方形保險絲元件的一部分熔斷，就像被垂直切開一樣。如等效電路（右側電路）所示，SCP電路中有兩個保險絲，但只有其中一個熔斷。當電路因過流保護而斷開時，很可能只有其中一個保險絲會熔斷。確切地說，其中一個保險絲（例如，電阻稍高的那個）會先熔斷。因此，電流會在該階段停止流動，而剩餘的一側則不會熔斷。

現在讓我們考慮一個沒有二極管並聯的情況。圖 4 顯示了三個並聯的 SCP，每個 SCP 都熔斷用於過流保護。所有三個 SCP，A、B 和 C，都已熔斷 Fuse1 或 Fuse2。如果熔斷的保險絲都在同一側（Fuse1 或 Fuse 2），則整個電路都會斷開，鋰離子電池就會受到保護。然而，如圖4所示，如果所有三個熔斷的保險絲都不在同一側，則電路中仍會流過一些電流。這意味著存在無法確保二級保護完整性的風險。

為了解決這個問題，可以添加一個整流二極體。透過限制電流單向流動，無論哪個保險絲熔斷，電路都會被切斷。由於控制電流的場效電晶體 (FET) 也可以進行整流，因此可以添加場效電晶體 (FET) 作為二極體的替代品（如圖 5 所示）。

在充電和放電系統中分別連接二次保護元件 （SCP）

圖6所示為SCP用於需要瞬時大電流的設備（例如無線電動工具和電動摩托車）時的電路範例。放電電路和充電電路是分開的，SCP僅用於充電電路。

通常，即使在電動工具中，充電也使用約 3 至 10A 的低額定電流。相反，當需要高功率時，例如電動摩托車上坡時，使用 100A 或更高的高額定電流也並不少見。如果充電和放電電路相同，放電過程中的大電流可能會導致SCP損壞。因此，在交通運輸和電動工具電池應用中使用 SCP 時，應將電路分為放電和充電部分。此外，它只能用於設計有過充保護功能的充電電路中。

隨著鋰離子電池應用的擴大，鋰離子電池的容量和電流都在增加。為了使用鋰離子電池的大型設備的安全，Dexerials 將繼續努力進一步改進 SCP。