移动电源设计中的安全考虑

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移动电源设计中的安全考虑 [复制链接]

      在错误的条件下使用错误的电池会造成故障和爆炸。仔细的设计就会避免电池破裂和爆炸等意外，减少有害的电化学反应和失误带来的风险。
锂离子电池具有很多优于其他可充电电池的特性，包括高能量密度、重量轻、生命周期长、容量保持特性好、环境温度适应范围大和电流忍耐能力强，等等。锂离子电池对环境的适应能力比其他化学电池要强，但是大容量的特点则意味着电池组必须要设计得更加安全。


图1 安全设计可避免很多事故
使用概况
      挑选锂电池组的一个重要步骤就是全面描述设备的“真实使用概况”。举例来说，不同设备的温度极限会导致相同的电池产生不同的表现结果。电池的使用概况包括以下一些参数，如工作电压范围、电流占空比、环境和工作温度、周期性行为、充电和运行时间、频率以及充放电周期的次数。在设计和开发过程中，电池生产商的说明书不会包含这种详细信息。只有了解所有的参数后，电池组才能无缝地集成到便携式设备中。
最好的电池设计应包括一个冗余保护电路，即在主电路失灵的情况下，辅助电路也能发挥作用。这样，电池只会在一种情况下失灵，即所有的电路都同时发生故障。
电池组的部件
      智能电池组除了包含多个保护电路和热传感器外，还具有高级智能功能。这种电池组通常会包含一个通信部件，其可对充放电次数进行计量，还包含一个燃料计来追踪每个工作周期的剩余时间和报告电池的安全状况。
     基于电压的燃料计主要依靠周期性的电压测量来了解电池容量。这个办法有其局限，因为它只能估计相对容量和给出超标信息。一线式方法可通过测量输入电流的总量来计算电池容量。此方法需要微处理器的协同，通过连接在电池负终端和地之间的感应电阻来监控电压降，以此来判定电池的充放电活动。两线或库仑式计量方法，可在电池使用过程中来进行绝对容量评估。两线式方法中最常见的协议是I2C和SMBus。
      一旦电池组组装完毕后，多数燃料计就要完成“学习循环”过程，以使电池能记住哪部分是空的和哪部分是满的，然后就能正确地设置燃料计。但最先进的燃料计即使不需要学习周期，也能达到99％的准确性，它们往往使用在关键应用中。
     聪明的电池系统是许多先进手持设备的重要选择。它们的先进特性允许最终使用者能智能地管理设备和避免故障或关闭。

图2 由微处理器控制的充电状态
保护性测量
      对锂电池内部的安全测量要依靠热关断隔离器，它能分离阳极和阴极物质，并使用一种材料来确保内部电阻在电池温度超过关断点时能够增加。
此外，电池的认证程序也是非常有用的。当带有微小控制器的电池同嵌入在主设备中的处理器相通信后，电池组就会启动认证程序。这种认证不仅能保护由不当使用电池组造成的故障，还能防止使用反向系统程序来剽窃电池专利的行为。
      对于电池中使用的材料也要进行监控，因为电池组中的重金属必须要得到限制。欧洲的RoHS指令暂时不适用于电池，一些设备目前是通过欧洲电池指令91/157/EEC来管理的，其包括了将电池进行回收的要求。