锂电池二次保护技术详解

锂电池是目前能量密度很高而且很轻的电池，但是由于化学特性非常活跃，所以本身因为有安全保护的需要，而增加充放电保护电路。

充放电保护电路关键元件—— Mosfet也有一定比率的短路失效，如果锂电池产量并不大，那么这个效果就不会体现出来。但是锂电池的需求量非常大，仅2017年上半年全球小型锂电池出货量就达100亿颗。那么在这么巨大的出货量面前，即使 1ppm的概率风险，那也是平均有1000次/年的危险事件可能发生。所以在主保护电路之外，再加一个二次保护，进一步降低风险。

主流方案：

在二次保护的方案中，目前 常用的保护方案有以下几种，

普通保险丝的.

PTC等温度形保险丝等多种元件。

三端保险丝(SCP)。

双IC方案

高度集成四合一方案

一般二次保护都是选这五种方案，

方案介绍

用了PTC就不用三端保险丝(SCP)，用了三端保险丝(SCP)就不用PTC，保护器件是相互竞争关系，就好像不同的等位基因争夺染色体上同一个位置一样。但是由于各种保护元件并非是全面胜出，所以形成了多种元件并存的局面，满足各种不同的应用需求。

但是随着智能手机快速普及，出现了快速充电的需求，手机的充电电流越来越大，目前已经有多个标准如OPPO Vooc标准，高通的QC4.0标准，MTK的P 3.0的标准横出于世。在快速充电的情况下，在前30分钟内的电流会很大，最高会达到6A左右。

在手机快速充电前30分钟的大电流冲击下，伴随着发热和温升，将改变锂电池的二次保护元件的竞争局面，面临的是充电电流越来越快，单纯的过电流保护以及PTC已经不能满足快充的保护需求，取而代之的将是合作模式：一次保护MOS+二次保护SCP(俗称SCP方案),以及 一次保护MOS+二次MOS(俗称双mos方案)。

MOS+PTC可以互补温度保护和过流保护。PTC具有温度保护功能，但是由于温度折减比率比较高，所以选择规格比较大，相对过电流保护能力就弱了一些，而且PTC动作速度较慢，且整个Pack阻抗比较高。

MOS+保险丝(fuse)不能满足过压需求，但是温度折减比率也非常低，所以可以选择比较小的电流规格，相对过流保护能力强，无过压功能。

MOS+二次MOS(俗称双mos方案)可满足过压需求，但是Mos的阻抗会随着温度的升高而发生偏大，Mosfet也有一定比率的短路失效，设计起来相对来说比较麻烦一下，而且Mos可重复的使用，站在安全角度来说有一定风险。

MOS+二次保护SCP(俗称SCP方案)可满足过压以及过流的保护需求，而且但是温度折减比率也非常低，阻抗比较小，损耗的功率也比较小，设计起来也比较简单，而且动作速度快得多，相对保护机制比较安全。

认证实现

上述的二次保护方案在市场上都有应用，各种应用都有自身的特性，然而在在认证方面，仅靠单一元件比较难通过UL2054的全部测试，因为每个元件都有一些优点和不足。

第一，常用的PTC。因为充电电流很大，为了保证在快速充电而温升很高的情况下不动作，选择的规格必然会到1206 6A/7A。选择如此大的规格，锂电池在通过UL2054的LPS测试时就会碰到困难，因为很难在60秒内将电流限制在8A以下。

第二，常用的保险丝 (fuse)。优点是对于温度不敏感，可以选择5A规格，≤5A规格保险丝极有利于锂电池通过UL2054 的LPS测试;但是因为本身对于温度不敏感，不具备过温过压保护功能，所以比较难通过UL2054的6V/1C和6v2C的滥充测试项目。

后面两种方案相对UL来说认证比较好过，功能也比较齐全，而且在保护机制上来说安全性也比较好，唯一缺陷是成本相对来说会比较高，性能方面对锂电池的安全性又加了一重保险，进一步大幅降低风险系数。

审核编辑：汤梓红