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作者: 何一兵，TE公司 近年來(lái), 各種便攜式電子產(chǎn)品如雨后春筍般的出現在人們的日常生活中，手機、數碼相機、音樂(lè )播放器、平板電腦、超級本及筆記本電腦幾乎人手必備，而為這些電子產(chǎn)品提供能量的則是鋰離子電池。隨著(zhù)電子產(chǎn)品應用功能的日益強大，對于鋰電池的要求也越來(lái)越高，容量大，體積小而且薄，這就使得鋰電池的能量密度越來(lái)越高，對安全的要求也就更高了。容量的增大導致充電時(shí)間增加，經(jīng)常需要4、5個(gè)小時(shí)才能充滿(mǎn)電，因此，各家手機制造商都在加緊研究開(kāi)發(fā)快速充電技術(shù)。 最近，國內兩家知名手機制造商O(píng)和M先后推出了具有快速充電功能的新一代手機，O公司宣傳的閃充技術(shù)相比傳統充電速度提高4倍多，30分鐘可以充到75%電量，而且10分鐘充電就可以通話(huà)2個(gè)小時(shí)。而M公司的宣傳是1小時(shí)能充電60%，2.5小時(shí)充滿(mǎn)。不論實(shí)際充電效果如何，相信快速充電是大趨勢，很快越來(lái)越多的廠(chǎng)家都會(huì )推出快速充電的電子產(chǎn)品。 下面我們先來(lái)看看鋰電池充電的原理。 
兩種快速充電的分析 O公司的閃充是保持傳統的5V充電電壓，提高充電電流，大電流充電對于電池芯的要求高，可能會(huì )影響電池壽命，甚至導致電池發(fā)熱帶來(lái)安全隱患。因此，O公司與電池芯廠(chǎng)家聯(lián)合開(kāi)發(fā)了適合大電流充電的鋰電池芯，而且采用多觸點(diǎn)、并聯(lián)方式分散電流，在充電電路及鋰電池上共采用了五級安全保護，保險絲也在其中，確保安全。 M公司的設計是采用了高通公司的Quick Charge 2.0技術(shù)，提高充電器輸出電壓及電流的方式來(lái)實(shí)現電池的快速充電，輸出電壓從5V提高到9V， 電流也從1A提高的1.6 A，下一代的規范會(huì )繼續將電流提高到2.0A。目前M公司推出的手機支持兩種標準的快速充電器，5V/2A （蘋(píng)果標準），1小時(shí)充電40%，3小時(shí)充滿(mǎn)；9V/1.2A（高通標準），1 小時(shí)充電60%，2.5小時(shí)充滿(mǎn)，效率提高15%。由于高電壓的充電對鋰電池的安全保護要求更高，因此，采用較為保險的小電流方式充電，速度略有提高。相信下一代產(chǎn)品將會(huì )進(jìn)一步提高充電電流，大幅提高充電速度。 不論是采用大電流/普通電壓、高電壓/普通電流還是高電壓/高電流，快速充電的本質(zhì)是提高輸入功率, 對于鋰電池來(lái)說(shuō), 都是需要研發(fā)適合大電流充電的電池芯，通過(guò)大電流充電來(lái)滿(mǎn)足快速充電的需求。 隨著(zhù)對鋰電池容量的要求越來(lái)越高，鋰電池廠(chǎng)家也在加快新型電池的研發(fā)，額定充電電壓從傳統的4.2V提高到4.35V，目前又出現了4.4V充電電壓的鋰電池，容量進(jìn)一步提高。而傳統的充電器輸出電壓為5V，充電控制電路會(huì )調節充電電壓和電流滿(mǎn)足鋰電池的充電特性。不同鋰電池的化學(xué)特性不同，因此充放電性能及安全性能也就不同，有的電池芯適合大電流充放電，而有些電池芯可以耐高電壓，所以，采用何種快速充電方式要取決于鋰電池芯的具體特性。提高充電器的輸出電壓可以在恒流階段提高充電功率，實(shí)現快速充電。 下圖是鋰電池的快速充電的特性曲線(xiàn)：
鋰離子電池由于其自身特性，在過(guò)充電、過(guò)放電、短路等情況下極易發(fā)生安全事故，所以除IC+MosFET的一級保護外還應該有被動(dòng)器件組成的二級保護，以最大限度地保證鋰離子電池的安全。 如圖是典型的單節鋰離子電池保護電路。
下圖是鋰離子電池過(guò)充電測試的一個(gè)事例�？梢钥闯龀潆娺^(guò)程中鋰離子電池芯內部溫度和電壓的變化情況，正常1C充電時(shí)，電池芯的溫度隨恒流充電慢慢升高，而隨恒壓階段電流減小慢慢降低，整個(gè)過(guò)程溫度可控，安全。當大電流（2C或以上）時(shí)，電池芯內部反應劇烈發(fā)生熱失控，溫度急劇升高而發(fā)生起火或爆炸。
因此，不論哪種方式的快速充電，都是通過(guò)提高充電電流或功率來(lái)加速鋰電池芯內部的反應來(lái)實(shí)現的，必須通過(guò)更多的保護來(lái)防止由于電池芯的熱失控而引起的起火甚至爆炸。TE的PPTC和MHP-TA 可以有效地提供這種保護，MHP-TA是結合了雙金屬片和PPTC的溫度/電流保護器件，溫度保護更加精確，可以適用于電流較大、溫度保護要求更高的電子設備，如：智能手機、平板電腦、超級本、筆記本電腦等。MHP-TA及PPTC的特性及應用如下圖，緊貼電池芯的設計可以使MHP-TA和PPTC更好的感測電池溫度，當電池溫度異常升高時(shí)可以呈現高阻，阻礙電池的充放電電流，確保電池的安全使用。
鋰離子電池保護方案中，被動(dòng)器件MHP-TA和PPTC的選型與客戶(hù)的應用條件、設計結構、測試標準等有著(zhù)極其密切的聯(lián)系，TE的應用工程師可以為您提供最優(yōu)的鋰離子電池二級保護解決方案。 |
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