一种大电流放电锂离子电池的保护新方案

常会承受较大的振动和冲击。

　　为达到此类要求，MHP器件的触点之间需要足够的接触压力。标准的保护装置通常通过强力弹簧让移动接触臂与固定触点保持接触。但是，在较大的冲击或振动条件下，弹簧（即使是强力弹簧）产生的压力通常达不到保持触点接触所需的压力。

　　倒钩（确保振动和冲击条件下的稳定接触）为解决这一问题，MHP器件将设计重点放在双金属盘上，因为没有热触点的双金属盘有足够的强度保持稳定。此外，我们还给移动接触臂增加了一个倒钩，以增加双金属盘提供的接触压力。移动接触臂通过装置另一侧的插销固定。在接触点上增加一个倒钩可减少移动臂的转动，在两个触点上产生更大的向下压力。MHP器件经过了1000次冲击和1500次掉落测试，未出现故障；此外还通过了三次3000克冲击测试。

　　4.3 跳闸周期测试

　　图9显示了MHP器件的电阻/温度曲线。器件的打开和闭合温度可通过选择具有不同打开和闭合温度的双金属进行定制。

　　图10显示了MHP30器件如何通过500多个跳闸周期测试。

图10:DC36V/100A（额定）条件下的周期寿命

　　图11显示了器件电阻的耐振动/冲击能力，器件在1500克的振动/冲击条件下进行了1000个周期的振动/冲击测试。沿触点打开方向对器件应用冲击或振动力后，器件设计始终能保持接触，证明该设计能承受较大的冲击/振动。

　　图12显示了一个条件为“1500克冲击/1000个周期”的测试，器件的电流负荷为1安。该测试的冲击或振动方向与图11一样，即沿触点打开方向。从图12中我们可以看出，器件在1500克冲击/振动条件下没有出现电源被切断的情况。图13显示了一个条件为“3000克冲击/3个周期”的测试，装置电流负荷为1安；冲击/振动方向与图12一样。从图13可以看出，在该测试条件下也没有出现电流被切断的情况。

　　掉落测试结果：

　　1,500gx1,000个周期/无负荷无电阻变化

　　1,500gx1,000个周期/1A负荷无电流切断

　　3,000gx3个周期/1A负荷无电流切断

　　4.4 减少占用空间，节约成本

　　与常用电路保护装置相比，将MHP器件用于无线电动工具电池组可减少占用空间，节约成本（见图14a和14b）。MHP器件可用一个价格较低的N通道FET代替两个价格较高的P通道FET（仅用于充电控制）。另一个节约成本的潜在方法是将IC移动到应用的系统（工具）侧，用MHP器件在电池组中提供过度放电保护/短路保护，以达到以后可能出台的锂电池电动工具应用法规要求。

　　5 MHP器件规格

　　表1列出了MHP30器件的规格。MHP30器件的最大额定值为36VDC/100A，在100A（@25°C）条件下的跳闸时间为5秒。该装置的工作电流为30A，初始电阻不到2mohm，低于常见双金属保护器的初始电阻（通常为3-4mohm）。

表1: MHP30 参考值

　　MHP30在50A条件下的跳闸时间为25秒+/-5秒。该跳闸时间长短刚好，它既可防止电池组因过度放电而出现过热条件，又不会因频繁跳闸给电动工具操作员带来不便。

　　在100A条件下的跳闸时间是在异常条件下（比如电动工具转子卡住）为电池组提供保护的最关键参数。在这种情况下，跳闸时间不应长于5秒，恢复时间（向工具重新供电所需的时间）不应长于30秒——该时间也是既能方便用户，又能防止电池过热的最佳选择。

　　图15显示了MHP器件的形状和大小。该MHP器件的额定工作电流为30A，同等大小的常用双金属保护器的额定电流只有15A。此外，器件的一侧为扁角，适合安装在电池组的标准18毫米直径锂电池单元之间。

　　6 结论

　　外形紧凑，安装方便的MHP30器件利用PPTC器件的低电阻抑制高电流电弧放电，能在超过30VDC的额定条件下提供30A+工作电流。MHP器件能在苛刻条件下提供可复位电路保护，为电池组设计者和生产商提供了一种优化空间，节约成本，达到未来电池安全要求的有效方法。

　　MHP器件技术可通过配置用于各种应用，目前正在开发适用于更高电压（最高可达400VDC）和工作电流（60A）的装置。下一步设计考虑包括用于无线电动工具、电动自行车、电动速可达、轻型电动汽车、备用电源应用及非电池应用（比如电机保护）的锂电池组电池保护。