攜式電源中的安全考慮

圖1 安全設計可避免很多事故

使用概況

挑選鋰電池組的一個(gè)重要步驟就是全面描述設備的“真實(shí)使用概況”。舉例來(lái)說(shuō)，不同設備的溫度極限會(huì )導致相同的電池產(chǎn)生不同的表現結果。電池的使用概況包括以下一些參數，如工作電壓范圍、電流占空比、環(huán)境和工作溫度、周期性行為、充電和運行時(shí)間、頻率以及充放電周期的次數。在設計和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，電池生產(chǎn)商的說(shuō)明書(shū)不會(huì )包含這種詳細信息。只有了解所有的參數后，電池組才能無(wú)縫地集成到便攜式設備中。

最好的電池設計應包括一個(gè)冗余保護電路，即在主電路失靈的情況下，輔助電路也能發(fā)揮作用。這樣，電池只會(huì )在一種情況下失靈，即所有的電路都同時(shí)發(fā)生故障。

電池組的部件

智能電池組除了包含多個(gè)保護電路和熱傳感器外，還具有高級智能功能。這種電池組通常會(huì )包含一個(gè)通信部件，其可對充放電次數進(jìn)行計量，還包含一個(gè)燃料計來(lái)追蹤每個(gè)工作周期的剩余時(shí)間和報告電池的安全狀況。

基于電壓的燃料計主要依靠周期性的電壓測量來(lái)了解電池容量。這個(gè)辦法有其局限，因為它只能估計相對容量和給出超標信息。一線(xiàn)式方法可通過(guò)測量輸入電流的總量來(lái)計算電池容量。此方法需要微處理器的協(xié)同，通過(guò)連接在電池負終端和地之間的感應電阻來(lái)監控電壓降，以此來(lái)判定電池的充放電活動(dòng)。兩線(xiàn)或庫侖式計量方法，可在電池使用過(guò)程中來(lái)進(jìn)行絕對容量評估。兩線(xiàn)式方法中最常見(jiàn)的協(xié)議是I2C和SMBus。

一旦電池組組裝完畢后，多數燃料計就要完成“學(xué)習循環(huán)”過(guò)程，以使電池能記住哪部分是空的和哪部分是滿(mǎn)的，然后就能正確地設置燃料計。但最先進(jìn)的燃料計即使不需要學(xué)習周期，也能達到99％的準確性，它們往往使用在關(guān)鍵應用中。

聰明的電池系統是許多先進(jìn)手持設備的重要選擇。它們的先進(jìn)特性允許最終使用者能智能地管理設備和避免故障或關(guān)閉。

圖2 由微處理器控制的充電狀態(tài)

保護性測量

對鋰電池內部的安全測量要依靠熱關(guān)斷隔離器，它能分離陽(yáng)極和陰極物質(zhì)，并使用一種材料來(lái)確保內部電阻在電池溫度超過(guò)關(guān)斷點(diǎn)時(shí)能夠增加。

此外，電池的認證程序也是非常有用的。當帶有微小控制器的電池同嵌入在主設備中的處理器相通信后，電池組就會(huì )啟動(dòng)認證程序。這種認證不僅能保護由不當使用電池組造成的故障，還能防止使用反向系統程序來(lái)剽竊電池專(zhuān)利的行為。

對于電池中使用的材料也要進(jìn)行監控，因為電池組中的重金屬必須要得到限制。歐洲的RoHS指令暫時(shí)不適用于電池，一些設備目前是通過(guò)歐洲電池指令91/157/EEC來(lái)管理的，其包括了將電池進(jìn)行回收的要求。