移動電源的安全保護探討及統(tǒng)一行業(yè)標準的必要性

近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，作為其載體智能手機和平板電腦也日益增多，移動設備本身電池電量已經(jīng)不能滿足消費者的要求。正是在這樣的市場需求下，移動設備的“加油站”移動電源應運而生，并迅速得到消費者的青睞。但目前不少移動電源使用中出現(xiàn)過安全問題，嚴重的更有爆炸的情況發(fā)生，嚴重威脅到消費者的利益和人身安全。作為一款合格的移動電源，內部的安全保護措施必不可少。本文就來探討下移動電源安全保護的措施及出臺統(tǒng)一行業(yè)標準的必要性。
移動電源產(chǎn)品通常采用多節(jié)鋰電池并聯(lián)的方式以獲得大容量,從而滿足消費者的需求。大部分消費者片面追求移動電源的大容量，而忽視了其安全性，這是很危險的，容量越大的電池，通常能量密度也高，就需要更好的安全保護才能保證電池的安全使用。由于鋰電池在過充電、過電流及短路等情況下會發(fā)生爆炸起火，從而嚴重影響人身及財產(chǎn)安全。因此，鋰電池的應用必須包含保護電路，如下圖所示。



鋰電池保護電路通常包含兩部分：
有源器件保護（保護IC和Mosfet），又稱為一級保護，
無源器件保護（MHP-TA，PTC，F(xiàn)use），又稱為二級保護。
一級保護電路主要是針對電池的過充、過放、過載及短路進行保護，采用IC檢測電池電壓及充放電電流去控制Mosfet導通或關斷從而保證鋰電池工作在安全狀態(tài)。
二級保護主要是針對電池的過溫/過熱保護。






有了一級保護為什么還需要無源器件的保護呢？
原因有三個：
1.由于保護電路參數(shù)設計不當或一級保護電路器件故障導致保護電路失效；
2.鋰電池芯本身不合格，即使正常充電也有可能起火爆炸；
3.并聯(lián)電池組中出現(xiàn)故障電池芯，比如：內部短路或電池電壓過低，如果沒有針對每個電池芯的安全保護，將會產(chǎn)生大電流導致電池起火爆炸，如下圖。



基于以上原因，國際上針對鋰電池的安規(guī)標準明確要求鋰電池在一級保護失效的情況下可以安全充放電。因此，為了讓鋰電池的應用更加安全，在一級保護電路（IC/Mosfet）的基礎上，又增加了二級無源器件保護，通常使用可恢復保險器件（PTC或MHP-TA）去檢測電池芯的溫度，當溫度異常升高時PTC或MHP-TA呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，阻礙電池的充放電，從而防止鋰電池的起火爆炸，保護原理如下圖。由圖可知，當電池溫度升高時，PTC動作，充電回路高阻，電流接近零，電池溫度迅速下降。









保護功能實現(xiàn)
1.過流、過充、過溫保護
在給電子設備充電的過程中，在不明原因造成過流、過充，短路的情況下，移動電源可通過內部保護電路（一級保護）確保手機等智能設備的安全。內置溫度感應器件（二級保護/TE公司的MHP-TA/PPTC器件），當電芯溫度超出預設值時，關閉電路，從而有效保護移動電源和充電電池的安全性。
2.過放保護
移動電源給不同數(shù)碼產(chǎn)品進行充電時，移動電源過度放電會影響其壽命，甚至會燒壞手機等數(shù)碼產(chǎn)品。移動電源內部一級保護電路通過電壓智能檢測系統(tǒng)，當鋰電池電壓低于其過度放電電壓檢測點時將激活過度放電保護，使功率MOSFET由開通轉變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免移動電源過度放電現(xiàn)象產(chǎn)生。
3.電芯保護
電芯作為移動電源的核心部件，其質量直接影響著移動電源的性能。一般而言，品牌移動電源廠商多選用質量較為可靠的鋰電芯，作為最核心的安全保障，移動電源電芯起著至關重要的作用。鋰電池芯本身不合格，即使正常充電也有可能起火爆炸。因此，增加二級無源保護器件（TE公司的MHP-TA/PPTC器件）就顯得十分必要。


移動電源行業(yè)統(tǒng)一標準的必要性
作為移動電源中成本最高的部件，電芯好壞直接決定產(chǎn)品的質量。目前移動電源市場常見的電芯主要有兩種，一種是柱狀鋰離子電芯18650，另一種就是聚合物鋰離子電芯。由于目前移動電源行業(yè)尚無統(tǒng)一的標準，市場上不少移動電源制造商為了降低成本而使用品質不合格的電芯甚至舊電芯，而移動電源的使用一般是貼身和隨身攜帶，且會在不同的環(huán)境、情形下充放電，因此這類產(chǎn)品使用中涉及人身的安全事故頻發(fā)，隱藏的安全隱患叫人防不勝防。
針對鋰電池的安全性要求，各國家及國際組織都出臺了相應的標準及規(guī)范以保證鋰電池的安全使用，由于移動電源最近兩年才大規(guī)模進入市場，國內還沒有針對移動電源的安全標準，導致市場混亂，產(chǎn)品安全事故頻發(fā)，相關部門及行業(yè)協(xié)會正在研究討論制定移動電源產(chǎn)品的安全標準，從而規(guī)范市場，保障消費者的人身及財產(chǎn)安全。因此出臺統(tǒng)一的行業(yè)安全標準已勢在必行。統(tǒng)一的行業(yè)標準有助于提升移動電源生產(chǎn)商的市場準入門檻。對應于鋰離子電池的安全標準，TE公司有一系列的無源類保護器件，如PPTC、FUSE、MHP-TA等器件來安全可靠地保護移動電源。