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作者: 何一兵，TE公司 近年來, 各種便攜式電子產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，而為這些電子產品提供能量的則是鋰離子電池。隨著電子產品應用功能的日益強大，對于鋰電池的要求也越來越高，容量大，體積小而且薄，這就使得鋰電池的能量密度越來越高，對安全的要求也就更高了。容量的增大導致充電時間增加，經常需要4、5個小時才能充滿電，因此，各家手機制造商都在加緊研究開發快速充電技術。 最近，國內兩家知名手機制造商O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2個小時。而M公司的宣傳是1小時能充電60%，2.5小時充滿。不論實際充電效果如何，相信快速充電是大趨勢，很快越來越多的廠家都會推出快速充電的電子產品。 下面我們先來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，可能會影響電池壽命，甚至導致電池發熱帶來安全隱患。因此，O公司與電池芯廠家聯合開發了適合大電流充電的鋰電池芯，而且采用多觸點、并聯方式分散電流，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，提高充電器輸出電壓及電流的方式來實現電池的快速充電，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 （蘋果標準），1小時充電40%，3小時充滿；9V/1.2A（高通標準），1 小時充電60%，2.5小時充滿，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。相信下一代產品將會進一步提高充電電流，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，快速充電的本質是提高輸入功率, 對于鋰電池來說, 都是需要研發適合大電流充電的電池芯，通過大電流充電來滿足快速充電的需求。 隨著對鋰電池容量的要求越來越高，鋰電池廠家也在加快新型電池的研發，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，容量進一步提高。而傳統的充電器輸出電壓為5V，充電控制電路會調節充電電壓和電流滿足鋰電池的充電特性。不同鋰電池的化學特性不同，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，實現快速充電。 下圖是鋰電池的快速充電的特性曲線：
鋰離子電池由于其自身特性，在過充電、過放電、短路等情況下極易發生安全事故，所以除IC+MosFET的一級保護外還應該有被動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充電測試的一個事例。可以看出充電過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，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，整個過程溫度可控，安全。當大電流（2C或以上）時，電池芯內部反應劇烈發生熱失控，溫度急劇升高而發生起火或爆炸。
因此，不論哪種方式的快速充電，都是通過提高充電電流或功率來加速鋰電池芯內部的反應來實現的，必須通過更多的保護來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，被動器件MHP-TA和PPTC的選型與客戶的應用條件、設計結構、測試標準等有著極其密切的聯系，TE的應用工程師可以為您提供最優的鋰離子電池二級保護解決方案。 |
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