什麼是“SCP”？ ——鋰離子電池過充、過流等錯誤保護

鋰離子電池的有益特性

鋰離子電池用作智慧手機和筆記型電腦等設備的電源。隨著技術的進步，這些電池變得更小、更強大，現在也用於無人機和電動自行車。可以說，鋰離子電池在我們的日常生活中是必不可少的。由於以下三個關鍵優勢，它們被廣泛用於各種應用：

1. 高電壓和高能量密度
   鋰離子電池提供的電壓（標稱電壓為 3.7 V）大約是類似尺寸的鎳鎘 （NiCd） 或鎳氫 （NiMH） 電池（標稱電壓均為 1.2 V）的三倍。這種更高的標稱電壓意味著與傳統電池相比，它們可以用更少的電池產生相同的電壓。此外，它們比其他電池具有更高的能量密度，從而生產出更小、更輕的產品。
2. 自放電特性
   鋰離子電池的自放電率約為每月 5%，不到鎳鎘或鎳氫電池的五分之一。這意味著即使電池閑置幾個月，它仍將保留與未使用一個月的傳統電池大致相同的能量。
3. 無記憶效應
   在傳統的鎳鎘和鎳氫電池中，重複的部分充電會縮短電池的整體壽命，這種現象被稱為“記憶效應”。鋰離子電池沒有這種記憶效應，允許重複充電。

鋰離子電池的安全性 s

下圖說明瞭電池的分類。本文討論的電池是可充電電池（可以充電和重複使用的電池），屬於化學電池的範疇。鋰離子電池是高性能、緊湊、輕便的電池，其性能明顯優於電子設備中使用的傳統電池。儘管鋰離子電池具有優勢，但挑戰仍然存在，例如過度充電的風險。

以下是構成標準二次電池（鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池）的正負極的典型活性材料和電解液。除使用有機溶劑的鋰離子電池外，所有電池的電解液都使用水作為電解液的溶劑。這種有機溶劑使鋰離子電池的標稱電壓超過水電解電壓 （1.23 V）。

給鎳氫電池或鎳鎘電池充電時，隨著充電的進行，電池電壓逐漸上升，在充滿電時電池電壓達到峰值，然後進入平衡狀態。另一方面，電池溫度會持續上升，但不會變得太大，電池容量相對於電池的大小來說很小，電解質也是水溶液 (不可燃)，考慮到這一點，可以說是比較安全的電池。

相反，如果鋰離子電池在沒有任何保護措施的情況下繼續充電，即使在電池充滿電后，電池電壓和電池溫度也會繼續上升（見下圖）。

考慮到大量能量被限制在小空間和高溫中並且有機溶劑 (易燃液體) 共存，可以說它是“充電太多時危險”的電池。然而，如上所述，毫無疑問，它是一種具有優異特性的電池，例如高能量密度，到目前為止，在性能和安全性方面已經做出了各種努力，從而導衹了當前的普及。

鋰離子電池二次保護

可重複使用的充電電池內建電池管理系統 (BMS)，用於監控和調節充電和放電。 BMS 位於電池和裝置（或充電器）之間，以電子方式監控和管理電池的電流、電壓和溫度。 BMS 可以偵測到大多數異常情況，從而在電池運作過程中提供安全保障。

然而，即使是電子電路的保護功能，有時也會因異常或半導體故障而失效。對於鋰離子電池，由於火災或爆炸等異常情況可能造成的嚴重後果，因此加入了二級保護。因此，為了提高安全性，需要一種可靠的二級保護方法。

自我控制保護器（SCP）

由 Dexerials 開發的「自我控制保護器」（SCP）是一種保險絲元件，能物理斷開鋰離子電池次級保護中的充放電電路。當電池不穩定或主要保護功能失效時，SCP 會切斷電路以確保安全。SCP的角色是立即停止不穩定電池的運作，並安全地將其與電路斷開。

保險絲是一種廣泛用於電氣裝置的保護元件。它透過在過電流時用焦耳熱熔化保險絲元件來斷開電路。然而，對於鋰離子電池而言，不僅要考慮過電流，還要考慮過充。自1994年推出以來，Dexerials的SCP已被公認為鋰離子電池次級保護保險絲的標準元件，截至2024年3月，出貨量超過28.4億件。

SCP結構和電路圖如下所示。

SCP在過電流時的工作方式與傳統保險絲類似，當保險絲熔斷時，電路就會斷開，如圖A所示。然而，SCP在過充電時的啟動方式有所不同。 SCP在保險絲下方有一個加熱器。

當發生過充時，加熱器啟動並熔斷保險絲，切斷電流，如下圖 B 所示。

SCP的潛力與未來

大約30年來，Dexerials 一直致力於鋰離子電池保護的研發。SCP 廣泛用作鋰離子電池的次級保護保險絲，並安裝於許多筆記型電腦中，因為次級保護至關重要。電池的性能大幅提升，應用範圍擴展至數位相機、智慧型手機、平板電腦、電動工具，甚至電動車等多種裝置。近期出現了如「快速充電」等意想不到的需求，促使SCP進一步改進。Dexerials 將持續研發，支持更安全且便利電池的創新。

適用於智慧型手機和平板電腦等裝置：
SCP（過充過放）在這些設備中發揮重要作用，可防止電池過充或過放。它有助於延長電池壽命、提高安全性，從而大大改善用戶體驗。 （更多信息，請參閱文章“用於快速充電智慧型手機二次保護熔斷器 (SCP) 技術）。

電動工具：
在對耐用性和安全性要求極高的電動工具領域，SCP（自控保護器）發揮著重要的安全作用。即使在惡劣的工作環境下，它也能保護電池安全，從而確保高效運作。 （更多信息，請參閱文章《電動工具的發展歷程及Dexerials公司的SCP—自控保護器（SCP）》）

無人機：
無人機市場正經歷快速擴張和技術創新，因此需要輕量化且高效的電池管理系統。 SCP（同步控制脈衝產生器）有望在最大限度地延長無人機飛行時間和確保飛行安全方面發揮重要作用。 （更多信息，請參閱文章《無人機的歷史與未來——更高性能、更長飛行時間、更高電壓及其相關技術》）

電動車和自行車：
在電動車領域，SCP（充電樁）能夠提高電池安全性並實現長續航里程。此外，透過支援高電流，它們也有助於快速充電技術的普及。 （更多信息，請參閱文章）電動摩托車在全球的普及及其安全性（電池和二次保護保險絲））。

SCP技術的演進不會停止，我們將繼續致力於開發更安全、更有效率的鋰離子電池保護元件，目標是實現「更小的尺寸」和「更高的電流」。我們還有一篇關於開發過程的文章（“二次保護熔斷器 (SCP) 的潛力－過充過流功能開闢的新市場（）有貨。請查看。