有鑑於消費者對手機電池耐用性和安全性的顧慮與日俱增，美國行動通訊及網路協會(CTIA)與全球行動通訊網路業的領導廠商共同研擬全新認證標準，以期協助電池與可攜式產品製造商提升產品安全性與可靠性。在歷經兩年的研發之後，CITA推出了新的認證標準，以結合檢驗與測試來驗證廠商是否符合IEEE 1725-2006標準的要求。
為確保行動電話使用的可靠性，及其可充電鋰電池與鋰聚電池的操作安全性，IEEE 1725-2006標準制定了多項設計分析的準則，包括系統整合、電池設計流程、製造考量要點、組裝預防措施、漏液保護、元件與溫度考量要點、過充、過電流與機械考量要點、接頭與端子、安全性與認證，以及品質控管等。此外，它也規範了交流電(AC)與直流電(DC)變壓器等主要與次要裝置對產品的影響。
由於過去並沒有一致的業界標準，因此IEEE 1725-2006試圖制定一套統一的手機鋰電池評估標準。個人通訊系統認證審核理事會(PTCRB)的認證準則是以全系統為主，因此所有系統元件如電池芯、電池組、充電器和手機等都必須符合此標準，整套系統才能通過認證。對孜孜不倦訂定嚴格標準的組織來說，其最大動機就是希望能減少手機電池所帶來的意外。而高分子正溫度係數熱敏電阻(PPTC)由於具備低溫特性，因而可大幅減低手機電池所帶來的高溫威脅。
危機無處不在 手機充電不可不慎
由於充電式的鋰化學電池芯與電池組對於突發性短路、不當充電或充電失控所致的過電流與過熱狀況特別敏感，而這類情形會導致電池溫度升高，使電池芯受損、設備故障，甚至造成漏液、冒煙或起火等現象。
在現實生活中，金屬物品碰觸到外露的電池組端子時可能會造成突發性短路，例如當使用者將備用電池組放在公事包或皮包內時，電池組端子就可能會碰觸到鑰匙或其他金屬物品而短路；而過電流、過電壓或兩者同時發生將可能導致電池芯的過充。但不論原因為何，若電流或電壓超過額定值，電池芯溫度將因而大幅攀升，導致漏液、冒煙或起火。
此外，過充也可能導因於充電失控所致，亦即電池組在充電完成後，充電器仍持續供電沒有停止，而這通常是充電器的問題。不當充電則可能是電池組在不良情況下進行充電所致，最常見的原因是使用副廠或不相容的充電器。
新標準問世 重視電池設計與備援保護
IEEE 1725-2006制定了充電式鋰電池與鋰聚合物電池組設計分析、製造與測試的統一標準，可確保電池在手機使用壽命期間的穩定性。IEEE 1725-2006第六條款特別針對重要安全性考量加以規範，包括外部短路與限制輸出電流、過溫保護設計，以及過充與過電壓保護等。
此一標準要求設備至少要有一項過電流與兩項過充保護機制，同時其中一項過充保護機制必須設計在電池組內。設計人員可以在電池芯、電池組、主要裝置(如手機)或充電器之間透過數種設計組合與各種保護機制來符合此標準，包括主動電路與(或)溫度保險絲、被動溫度/熱量控制(PTC)或節溫器等裝置。
設計人員可以在電池組中安裝一顆PPTC元件，將主要(主動電路)與備援保護機制整合在一起。藉由將PPTC元件放置在電池芯旁邊可獲得最佳溫度感測效果，而當電池組從主要裝置移除時，PPTC元件也可提供自復式保護機制以避免外部短路造成的損害；至於設計在電池組而非充電器中的備援保護機制，則可避免因使用不當充電器所產生的危險。
接下來看PPTC元件的備援保護機制。除了負溫度係數(NTC)熱敏電阻之外，鋰電池組通常還包含其他保護機制，像是提供過電壓、欠低電壓與過電流保護的金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)和控制IC，以及在充電與放電時可提供過溫保護與備援過電流保護的PPTC元件。
PPTC元件在電路中作串聯使用，在發生過電流或過熱事件時，PPTC元件會從低阻抗轉變成高阻抗的狀態以提供保護能力。圖1是安裝PPTC元件的典型單芯鋰電池電路圖。
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| 圖1 單芯鋰電池的電路保護架構圖 |
PPTC元件的低阻抗特性可以解決因MOSFET產生的其他串聯阻抗問題，同時其低動作溫度的特性，還可以防止因不當過充導致的熱失控問題。
當電路短路時，PPTC元件會因電流過量而迅速產生高溫，一旦接近動作溫度值，其阻抗便會大幅升高，並將故障電流限制在一定範圍內。等到故障排除、電流恢復正常後，元件溫度就會下降，並回復到低阻抗狀態。若故障未排除、電流未恢復正常，元件便會持續維持高阻抗狀態。
當過充故障發生時，充飽電電池中的過電壓會導致電池元件產生化學性衰退，使得電池芯溫度上升。若在電路中採用PPTC元件，當電池芯溫度升高時，PPTC元件周遭溫度也會跟著上升，而元件動作所需電流則會降低。
取代雙金屬/溫度保險絲 PPTC優勢多
PPTC元件經常被用來取代雙金屬或溫度保險絲等保護裝置。一般而言，雙金屬保險絲不僅成本較高，體積較大，同時在故障發生時也經常無法確保其保護功能，而導致電池組經常性故障及電池芯受損。
溫度保險絲等一次型次級過電流保護裝置很難設定在充電保護所要求的低溫狀態，而且可能因周圍溫度上升而動作，以致電池組故障。然而，PPTC元件的低溫特性則可以將充電電流限制在電池組正常作業溫度附近。由於PPTC具備自復式功能，因此當周遭高溫(例如在炎熱天氣下將手機放置車內一整天)導致動作時，也不用擔心電池組會永久性故障。由於大多數的電池組故障並非經常性或週期性事件所致，因此自復式保護機制是一種較為理想的解決方案。
小型化成大勢所趨 PPTC不落人後
PPTC元件有各種規格的尺寸與電流額定值，而且適用於各種電池種類或使用模式。PPTC元件一直朝低阻抗、小尺寸及更佳的過溫保護發展。顯然，講求省空間的電池設計也帶動了小型化保護元件的發展趨勢。同時，將保護電路設計在電池芯附近還可以省掉冗長的內部連接線路並提高溫度感測能力。
如針對手機印刷電路板(PCB)所設計的片狀保護元件(圖2)結合導電的金屬顆粒，因此其阻抗比使用碳黑微粒導電的傳統PPTC元件更低。相較於先前的片狀元件，新一代元件(圖3)在攝氏60度仍維持幾乎相同的工作電流，但是尺寸卻縮小了88%，阻抗也低了68%。
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| 圖2 針對印刷電路板所設計的片狀保護元件 |
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| 圖3 新一代片狀保護元件尺寸更小，阻抗更低 |
目前市場上已公認使用PPTC元件可提供過電流與過溫保護。新一代PPTC元件尺寸更小，阻抗更低，讓電池產品的設計人員享有更高的設計彈性。
電池產品設計師必須決定電池的保護等級，而這必須透過系統測試來判定保護元件的適用性。元件廠商的建議可縮小保護機制的選擇，而和其他電池保護機制相互比較可為進一步的研究提供指引。不過，評估各種保護機制效用的最佳作法就是對個別機制進行測試。
(本文作者為泰科電子Raychem電子部全球電池產品市場經理)