手机锂离子电池PPTC保护方案可满足IEEE1725-2006要求

　　IEEE1725-2006标准

锂离子电池的安全事故时有发生，世界各国对于锂离子电池的安全问题已是越发关注。美国无线通信与互联网协会(CTIA)联合主要网络运营商设立了IEEE1725-2006标准，以期望帮助手机电池制造商和手持设备制造商提高电池质量和安全等级。

为确保终端用户使用的可靠性和安全性，IEEE1725-2006详细阐述了手机用锂离子和锂聚合物二次电池的设计、分析及测试规范。CTIA按照此标准已实施了强制性的手机电池认证计划。该认证包括现场审核和产品测试两方面。

签于没有现成的行业标准，IEEE 1725-2006 目的在于统一手机锂离子电池的评价测试标准。IEEE1725-2006将手机锂离子电池系统分为了四个版块，即电芯(Cell)、电池组(Battery Pack)、主机(Host Device)及电池充电器(Charger/Adapter)。 只有以上所有的子系统(或部件)符合IEEE1725-2006，才能授予整机系统该项认证。

　　涉及电池安全的各种情况

二次锂离子电池是一种化学电源。在充放电过程中，锂离子(Li+)在电池内部正负极嵌入和脱嵌而产生电流。该电池体系对短路、滥用、过充电产生的过电压、过电流和(或)过热比较脆弱。 短路、滥用或过充电会导致电池温度升高、电池损伤、设备失效、冒烟起火甚至电池爆炸。

　　电池短路

可能发生电池外部短路的情况很多。当一金属条同时接触电池暴露正负极端子，即产生了电池短.路。电池短路将显著增加电池温度，高温足够伤害其它器件或引燃周边材料。

　　电池过充电

电池过充电将产生过电流或(和)过电压。过充电发生时电池电压或电流超过电池设定值，将直接导致电池温度显著上升和体积膨胀，进而电池就很可能会爆裂，冒烟甚至起火。

● 充电失控：充电器发生故障导致在电池充满电后也不能关断充电电流。这是一种常见的因充电器故障带来的电池安全问题。

● 滥充电：滥充电是指电池在错误的充电条件下充电。通常这种滥充电是由错误的、或不匹配、或劣质充电器带来的。

电池设计考量及相关安全保护

为保证手机电池满足设计使用期限，IEEE 1725-2006第六章阐述了锂离子和锂聚合物二次电池设计、制造和测试要求。 章节6.4-6.8则具体的规定了关键的电池安全防范和保护要求。例如：外短路保护和限流输出;热保护设计;过充电和过电流保护 。

IEEE1725-2006要求至少有一过流保护功能和两级过充保护功能，并且电池包内必须有一级过充保护功能(一过充电保护功能器件)。这些安全要求可以通过电池电芯、电池组、主机(如手机)和充电器等各系统的统一设计来达到。保护功能可以使用电子电路(如控制芯片IC)，也可以采用保护元器件(如PPTC、温度保险丝或负温度系数器件NTC等温度控制器件)来实现。

通常简便的解决方案是在电池组内同时使用初级保护和二级保护。初级保护通过控制芯片(IC)和开关管(MOSFET)等组成的电子电路实现，二级保护则由高分子正温度系数热敏电阻(PPTC)实现。该方案的典型电路图如图1所示。

除了NTC器件做为电池温度探测器件，该保护方案中控制IC和MOSFETs作为一级保护提供过电压、欠电压和过电流保护功能。而PolySwitch器件作为二级保护提供过充电过温保护和过电流保护。

　　PolySwitch PTC器件在该方案可以实现以下功能：

● 过电流保护功能: 大电流异常充放电情况下PolySwitch器件产生保护动作，达到电池安全防护功能。

● 过充电保护功能: 通过合适的PolySwitch器件安装在电池组内感触电芯温度，PolySwitch实现电池过充电保护功能。

● 多次保护功能: 由于PPTC器件在故障排除后的可恢复特性，PolySwitchTM器件可以提供多次保护功能。这对电池装配等过程中意外产生的电池正负极搭碰短路防护特别有效。例如，从手机中取出或安装电池容易产生的外部短路。或当电池放在公文包或钱包里面时电池被金属短路的情况。

该方案将两级保护功能都置于手机电池内，而不是分别置于充电器和电池。采用该方案的手机电池具有两级保护功能，这样可以有效避免用户即使使用非原厂充电器充电时可能产生的各种安全事故。

　　保护技术比较

在电池保护领域，高分子正温度系数热敏电阻(PPTC)常用来取代双金属片(Bimetal)热保护器和温度保险丝(Thermal fuse)。

双金属片的保护机理是依靠不同热膨胀系数的金属片受热后动作断开电路，断电冷却后金属片重新闭合。在电路异常状态下双金属片器件常常不能保持在断开状态，会出现断开-闭合的动作循环甚至出现死锁，这样就会直接失去保护功能而导致电池安全事故。正因为双金属片器件可靠性不高、尺寸大、机械性能差、成本也较高，在电池保护中并不常见。

温度保险丝是