筆記本電池防爆技巧(化險為夷)

輕薄、容量大、使用壽命長,這些都是鋰電池的突出特性.正因如此,鋰離子電池才迅速替代了鎳氫、鎳鎘電池的角色,成為筆記本電腦等便攜式產品優選的續航設備.近段時期,連續曝出的筆記本電池爆炸事件,將筆記本電池一次次推向了風口浪尖,用戶也為此心有余悸,鋰電池到底是動力之源還是定時炸彈?

尋究電池著火之謎

　　一般來說,目前的筆記本鋰電池組本身都具備較為完善的保護功能。

　　它不僅僅由串/并聯的多個電芯組成,本身還包含兩種電路基板模塊:保護電路基板(Protection　PCB) 模塊及Smart Battery Gauge Board 模塊,其一整套的電池保護設計包括第一級保護IC(防止電池過充、過放、短路)、第二級保護IC(防止第二次過壓)、保險絲、LED指示、溫度調節等部件。

　　在多級保護機制下,即使是在電源充電器、筆記本電腦出現異常的情況下,筆記本電池也只能轉為自動保護狀態,如果情況不嚴重,往往在重新插拔后還能正常工作,不會發生爆炸.面對筆記本電池發生爆炸的嚴重事實,記者請教了電化專業人士以及某知名廠商的設計工程師。

　　據分析,鋰電池爆炸無外乎由短路或過充引起,最大的可能性一種是鋰電池在制造時,因為制造工藝本身的紕漏,而使產品存在著隨時可能發生的安全隱患,比如應當絕緣的兩極之間出現了金屬粉塵或銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜,造成微短路等.前者情況最為嚴重,將直接造成短路并大量產熱,導致部分電解液汽化,將電池外殼撐大。

　　除此之外,還有一種比較特殊的情況,電源充電器或者筆記本電腦因為特殊原因,瞬間向鋰電池提供高電壓/強電流導致的嚴重過充,如充電電壓由12.6V突然升到12.9V甚至更高,這時會有一個高充電流產生,電池內部電路應動作切斷充電電流,但由于部分鋰電池的充電過電壓、過電流保護功能設計很弱,這可能導致電池的保護IC損壞,從而使筆記本電池使去保護功能而受損,過充后極片上遍布針狀鋰金屬結晶,刺穿點導致多處微短路,造成電池溫度逐漸升高,直至最終電池爆炸、著火的現象發生,這是目前很多筆記本電池“惹火”的主要原因。

加罩一層保護傘

　　目前,從電池保護機制上看,電池組前面的充電部分,傳統芯片廠商提供的方案大多都是起到精確控制充電電壓和充電電流的作用,在過電壓和過電流控制方面并沒有提供相應的解決方案.這樣,對電池組的保護就完全依賴于電池本身,如過充保護,過放電保護,過充電流保護,過放電流保護,過熱保護等等。

　　保護到位需要防止因第一級保護IC故障或MOSFET短路而造成的過壓故障,所以,第二級保護IC一般會被認為是是電池組保護的最后防線.對此,凹凸電子(O2 Micro)產品經理洪仕振表示了不同看法,他認為,對于電池組的保護完全可以前移,通過對充電器附加控制功能,來實現偵測并控制對電池組的充電動作,這無疑會進一步提高保護級別,對保障鋰電池使用安全至關重要。

　　為此,在O2 Micro針對便攜設備電源管理開發的Cool Charge解決方案當中,融合了一項名為Cool Battery Technology的電池保護技術,它的最大特色就是擁有傳統充電器一般所不具備的OVP(過電壓保護)和OCP(過電流保護)兩大電池保護功能,這項技術已經被嵌入Cool Charge IC芯片當中。

　　采用Cool Charge IC芯片之后,電源充電器將在很大程度上承擔起電池保護的責任.受該Cool Charge IC控制的充電器與傳統設計相比(見圖1),所需要的外部器件明顯減少,省去了Q3與Q4部分的設計,降低了故障率.在保留下來的Q1與Q2(元件改進了原有設計)之間,Cool Charge IC設置了一個偵測點,通過出廠設定,該偵測點的電壓與電流設置均略小于電池廠商設定的安全規格.這樣,在充電電壓或電流超出了Cool Charge IC設置的安全電壓或電流值之后,IC就控制Q2斷開,先電池保護作用之前就切斷充電;從偵測頻率來看,電池保護的偵測時間間隔為毫秒等級,而通過芯片偵測,則可以很容易實現百萬分之一秒的等級,可以用極高的頻率連續偵測,從而實現了先一步保護電池組的目的。