锂离子电池由于其自身特性，在过充电、过放电、短路等情况下极易发生安全事故，所以国内外的安全标准要求多级锂离子电池保护（如图1所示），除 IC+MOSFET 的一级保护外还应该有被动器件组成的二级保护，以最大限度地保证锂离子电池的安全。

图 1：典型的锂离子电池保护电路

通 常主动器件（IC）在过充电时，保护 IC 需检测电池电压，当到达设定的上限电压值时（假设电池过充点为 4.25V）即通过 CO 输出低电平，将功 率 MOSFET 由开通转为切断，进而截止充电。如果主动器件出现故障（UL 测试时要求短路 MOSFET，使 IC 不能关断电路），这时过充电就 需要被动器件来保护电芯，那么被动器件，如 MHP-TA 和 PPTC，是如何在过充电时保护电芯呢？首先，我们要弄清楚过电芯是如何充电的。如 图 2 的钴酸锂锂离子电芯过充测试，整个过充过程大概可以分为 4 个阶段：
I 阶段，锂离子不断从正极脱出，负极析锂，此阶段电芯温升不大；
II 阶段，正极中绝大多少的锂离子已经脱出，电芯电阻变大，同时电解液开始分解，电芯温度开始上升；
III 阶段，此时电芯温度已接近 70℃，这个阶段已脱锂的正极与电解液还会发生放热反应，温度急速上升；
IV 阶段，电芯内部温度已达到隔膜（本例采用 PE 隔膜）闭孔温度，过充得到抑制，电芯温度下降。
根 据 ARC 测试的结果同样表明，部分锂离子电池在约 80℃ 左右时，电芯内部的反应即可实现电芯自加热。图 2 的过充电测试是较为理想的情况。通常 由于设计方案的不同，测试条件和环境等的区别，锂离子电芯容易在 IV 阶段电芯本身保护机制生效前就发生热失稳而发生起火或爆炸，如图 2 中所示， 当 2C 过充电时，内部反应过于剧烈，造成温升过快和电芯起火。

图 2：钴酸锂锂离子电芯过充电测试 *
*《overcharge reaction of Lithium-ion batteries》

图 3：MHP-TA 的温度动作曲线

MHP- TA 或者 PPTC 在过充电时，由于电芯温度在 III 阶段开始快速上升，达到 MHP-TA 或 PPTC 的动作温度点时，通过自身电阻的阶跃 式增大，起到近似关断充电电路的作用，使得电芯得到保护，如图 3 所示，MHP-TA-9-77 可以在 77℃±5℃ 时动作。大量的安全测试数据分 析表明，在安全测试中，电芯表面最高温度不超过 100℃ 是比较安全的。图 4 的过充测试对比中，可以看出，PPTC 可以很好的保护锂离子电芯，电 芯表面温度小于 100℃，且远远低于没有 PPTC 保护的电芯温度。

图 4：锂离子电池过充测试对比

通 过上述的分析可以看出，MHP-TA 和 PPTC 的保护是高度依赖于热传导的。图 5 是锂离子电芯多层结构示意图，结合表 1 的材料导热率数据， 不难发现，由于实际电芯中通常包含更多层的正负极及隔膜，热量沿集流体（铜箔和铝箔）传导是最快的，电芯内部反应的热量通过集流体/极耳传出的速度要远远 高于热量沿正负极膜片/隔膜（未考虑电解液影响）至电芯表面的速度。在大电流情况下，极耳本身还有汇流温升。所以TE推荐客户采用温度感知效果更好的带 状 PPTC 或 MHP-TA 与电芯极耳直接相连的组装方式，以取得更为良好的保护效果。

表 1：锂离子电芯内部材料导热率

图 5：锂离子电芯多层结构示意图

锂离子电池保护方案中，被动器件 MHP-TA 和 PPTC 的选型与客户的应用条件、设计结构、测试标准等有着极其密切的联系，TE 的应用工程师可以为客户提供最优的锂离子电池二级保护解决方案。您可以浏览 http://www.te.com.cn/zh/products/circuit-protection.html，或者与 TE 电路保护部门联系，以获取更多的产品介绍及保护方案。