尋究電池著火之謎
一般來(lái)說(shuō)，目前的筆記本鋰電池組本身都具備較為完善的保護(hù)功能。它不僅僅由串/并聯(lián)的多個(gè)電芯組成，本身還包含兩種電路基板模塊：保護(hù)電路基板(Protection PCB) 模塊及Smart Battery Gauge Board 模塊，其一整套的電池保護(hù)設(shè)計(jì)包括第一級(jí)保護(hù)IC(防止電池過(guò)充、過(guò)放、短路)、第二級(jí)保護(hù)IC(防止第二次過(guò)壓)、保險(xiǎn)絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件。
在多級(jí)保護(hù)機(jī)制下，即使是在電源充電器、筆記本電腦出現(xiàn)異常的情況下，筆記本電池也只能轉(zhuǎn)為自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)，如果情況不嚴(yán)重，往往在重新插拔后還能正常工作，不會(huì)發(fā)生爆炸。面對(duì)筆記本電池發(fā)生爆炸的嚴(yán)重事實(shí)，記者請(qǐng)教了電化專(zhuān)業(yè)人士以及某知名廠商的設(shè)計(jì)工程師。
據(jù)分析，鋰電池爆炸無(wú)外乎由短路或過(guò)充引起，最大的可能性一種是鋰電池在制造時(shí)，因?yàn)橹圃旃に嚤旧淼募劼?，而使產(chǎn)品存在著隨時(shí)可能發(fā)生的安全隱患，比如應(yīng)當(dāng)絕緣的兩極之間出現(xiàn)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(yán)重，將直接造成短路并大量產(chǎn)熱，導(dǎo)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?yàn)樘厥庠?，瞬間向鋰電池提供高電壓/強(qiáng)電流導(dǎo)致的嚴(yán)重過(guò)充，如充電電壓由12.6V突然升到12.9V甚至更高，這時(shí)會(huì)有一個(gè)高充電流產(chǎn)生，電池內(nèi)部電路應(yīng)動(dòng)作切斷充電電流，但由于部分鋰電池的充電過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)功能設(shè)計(jì)很弱，這可能導(dǎo)致電池的保護(hù)IC損壞，從而使筆記本電池使去保護(hù)功能而受損，過(guò)充后極片上遍布針狀鋰金屬結(jié)晶，刺穿點(diǎn)導(dǎo)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(xiàn)象發(fā)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(hù)傘
目前，從電池保護(hù)機(jī)制上看，電池組前面的充電部分，傳統(tǒng)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(guò)電壓和過(guò)電流控制方面并沒(méi)有提供相應(yīng)的解決方案。這樣，對(duì)電池組的保護(hù)就完全依賴于電池本身，如過(guò)充保護(hù)，過(guò)放電保護(hù)，過(guò)充電流保護(hù)，過(guò)放電流保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)等等。
保護(hù)到位需要防止因第一級(jí)保護(hù)IC故障或MOSFET短路而造成的過(guò)壓故障，所以，第二級(jí)保護(hù)IC一般會(huì)被認(rèn)為是是電池組保護(hù)的最后防線。對(duì)此，凹凸電子(O2 Micro)產(chǎn)品經(jīng)理洪仕振表示了不同看法，他認(rèn)為，對(duì)于電池組的保護(hù)完全可以前移，通過(guò)對(duì)充電器附加控制功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)偵測(cè)并控制對(duì)電池組的充電動(dòng)作，這無(wú)疑會(huì)進(jìn)一步提高保護(hù)級(jí)別，對(duì)保障鋰電池使用安全至關(guān)重要。
為此，在O2 Micro針對(duì)便攜設(shè)備電源管理開(kāi)發(fā)的Cool Charge解決方案當(dāng)中，融合了一項(xiàng)名為Cool Battery Technology的電池保護(hù)技術(shù)，它的最大特色就是擁有傳統(tǒng)充電器一般所不具備的OVP(過(guò)電壓保護(hù))和OCP(過(guò)電流保護(hù))兩大電池保護(hù)功能，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被嵌入Cool Charge IC芯片當(dāng)中。
采用Cool Charge IC芯片之后，電源充電器將在很大程度上承擔(dān)起電池保護(hù)的責(zé)任。受該Cool Charge IC控制的充電器與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比(見(jiàn)圖1)，所需要的外部器件明顯減少，省去了Q3與Q4部分的設(shè)計(jì)，降低了故障率。在保留下來(lái)的Q1與Q2(元件改進(jìn)了原有設(shè)計(jì))之間，Cool Charge IC設(shè)置了一個(gè)偵測(cè)點(diǎn)，通過(guò)出廠設(shè)定，該偵測(cè)點(diǎn)的電壓與電流設(shè)置均略小于電池廠商設(shè)定的安全規(guī)格。這樣，在充電電壓或電流超出了Cool Charge IC設(shè)置的安全電壓或電流值之后，IC就控制Q2斷開(kāi)，先電池保護(hù)作用之前就切斷充電；從偵測(cè)頻率來(lái)看，電池保護(hù)的偵測(cè)時(shí)間間隔為毫秒等級(jí)，而通過(guò)芯片偵測(cè)，則可以很容易實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)分之一秒的等級(jí)，可以用極高的頻率連續(xù)偵測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了先一步保護(hù)電池組的目的。