用於更高電壓鋰離子電池的二次保護元件技術

鋰離子電池越來越多地用於高壓設備

在過去的幾年裡，鋰離子電池的應用範圍大大擴大。 筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦和其他裝置使用的電池組電壓範圍為 4 至 12V。然而，高電壓（幾十個電壓）的鋰離子電池現在正在電動工具、應急電源、電動自行車和電動摩托車中，通過在單個電池組中連接 10 多個電池。因此，在發生過充或其他問題時安全關閉電路的自控保護器 （SCP）* 也需要能夠處理高電壓。

* SCP是用於鋰離子電池二次保護的保險絲元件，Dexerials 於 1994 年開始銷售。SCP 安裝在許多使用鋰離子電池的設備中。

使用二次保護元件的高壓設備保護電路的三個示例（SCP）

使用 SCP 建構高壓設備保護電路的方法有多種。下文將介紹三種建議的典型方法。
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１.部分驅動控制

「部分驅動控制」是一種將電池的某些電芯連接到SCP的方法。舉個例子，如上圖所示，電池十個電池中有五個的電路連接到SCP。圖左側電池組中間第五節電池的電路連接到場效應晶體管 （FET），該晶體管充當開關。然後將 FET 連接到SCP，它能夠處理 5 個電池的電壓。當保護IC偵測到超過規定值的電壓時，FET導通，SCP升溫，保險絲元件熔斷，鋰離子電池與充放電電路斷開。

看這個電路，人們可能會認為它只能檢測到從1號到5號的五個電池的電池缺陷，但事實並非如此。連接到 FET 的二次保護 IC 監控所有 10 個電池的電壓和電流。 因此，即使其餘 5 個未直接連接到SCP的電池發生故障，電路仍會中斷。這種方法可以以相對較低的成本為高壓設備中使用的鋰離子電池提供二次保護，因為電路配置簡單，無需使用任何特殊元件。

２.恆定電流驅動控制

SCP內建的加熱器具有電路，因此當超過規定電壓時，保護IC會命令電流流動並產生熱量。當SCP偵測到過度充電時，它會利用加熱器產生的熱量熔斷保險絲元件並中斷電路。當然，如果流過加熱器的電流隨著電壓的波動而變化，產生的熱量就會發生變化，因此熔斷保險絲所需的時間也會發生變化。因此，理想情況過加熱器的電流應該有很小的波動。 在這種方法中，二次保護IC和SCP之間的“恆定電流電路”使電流以恆定的方式流向加熱器。上圖顯示，當插入可運行8-30W的SCP（型號：SFJ-2015U）時，電路以1A的電流切斷。雖然它增強了穩定性，但由於恆流電路本身很複雜，因此價格昂貴。建議使用此方法以獲得更高的電路穩定性。

３.脈衝寬度調變控制　

此方法透過二次保護IC脈衝控制FET開/關功能，從而降低總功率。上圖使用了與上述恆流驅動控制方法相同的SCP（型號SFJ-2015x，工作電壓範圍為14.4-23.5V），工作功率為8~30W。通常，SCP不能用於電壓為 30V 的電路，該電壓超出了工作範圍，因為加熱器電路會在保險絲元件熔斷之前斷開。但是，如果使用脈衝控制方法，則可以通過反覆打開和關閉電流來降低總功率。假設「開」與「關」的比例為 1：1，功率將降低至 ~15.5 – 25W，從而可以在電壓為 30V 的電路中使用SCP。

這種方式可靠性高，因為IC控制FET的開/關功能。另外，普通SCP每個元件的電壓範圍是固定的，例如5至9V或10.5至19.6V，而脈衝控制方式允許更寬的電壓範圍，例如3至20V。

建議使用上述三種方法來保護高壓應用中的鋰離子電池。隨著鋰離子電池應用的不斷增長，其電壓也會增加。Dexerials 擁有保護此類電池的豐富知識和技術。有關在高壓設備中使用鋰離子電池的任何問題，請隨時聯繫 Dexerials。

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