安全把關不容緩 行動電源檢測標準亟待統一

作者: 何一冰 / 孫明
2015 年 02 月 23 日

安全把關不容緩 行動電源檢測標準亟待統一
行動電源的安全保護措施及統一檢測標準至關重要。目前,電源產品採用多節鋰電池並聯的方式來獲得所需大容量,從而滿足消費者需求。大部分消費者往往只關注行動電源的容量,而忽視安全性實為危險,因為電池容量越大,通常能量密度也越高,如此一來,就須要更好的安全保護才能保證電池可以安全使用。由於鋰電池在過充電、過電流及短路等情況下會發生爆炸起火,嚴重影響人身和財產安全,因此鋰電池的應用必須包含保護電路,如圖1所示。
 


圖1 鋰電池保護電路示意




鋰電池保護電路通常包含兩部分:
 



主動元件保護 



鋰電池保護IC和金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)係稱為一級保護,主要是針對電池過充、過放、超載及短路進行保護,並以IC檢測電池電壓、充放電電流,控制MOSFET導通或關斷,從而保證鋰電池在安全狀態下工作。
 



被動元件保護 



所使用的元件如MHP-TA、PTC、Fuse,又稱為二級保護,主要功能在於控管電池過溫/過熱的情況。
 



之所以鋰電池有了一級保護後,還需要被動元件保護的原因有三:首先,保護電路參數設計不當或一級保護電路元件故障導致保護失效的情形下,需二級保護加強檢驗;再者,假設鋰電池芯本身不合格,即使正常充電也可能發生起火爆炸,若使用二級保護,可避免電池過溫/過熱;最後,當並聯電池組中出現故障電池芯,如內部短路或電池電壓過低,如果沒有針對每個電池芯確實做好安全防護,將會導致電流過大引起起火爆炸。
 



基於以上原因,國際鋰電池安規標準已明確要求在一級保護失效的情況下也須能安全充放電;製造商為讓鋰電池應用更安全,才在一級保護電路的基礎上,增加二級被動元件保護。通常二級保護會採用可恢復保險元件,以檢測電池芯的溫度,當溫度異常升高,PTC或MHP-TA將呈現高阻狀態,阻礙電池的充放電,從而避免鋰電池起火爆炸。
 



行動電源三大保護措施
行動電源三大保護措施 



電子設備充電過程中,若有不明原因造成過流、過充、短路,行動電源可透過一級保護的方式,確保手機等智慧設備的安全;而內置溫度感應元件,亦即二級保護元件,當電芯溫度超出預設值時須關閉電路,才能有效確保行動電源和充電電池的安全性。
 


圖2 製造商若未能做好電池芯安全保護,一旦並聯電池組中出現故障電池芯,將導致電池產生大電流而起火爆炸。




行動電源進行充電時,過度放電會影響壽命,甚至會燒壞數位產品,因此當行動電源內部一級保護電路通過電壓智慧檢測系統,以及鋰電池電壓低於其過度放電電壓檢測點時,行動電源將啟動過度放電保護裝置,使功率MOSFET由開通轉為切斷,以避免行動電源過度放電。
 



做為行動電源核心元件的電芯,其品質會直接影響行動電源的性能。一般而言,行動電源廠商多選用品質較可靠的鋰電芯做為最核心的安全保障,不過,鋰電池芯本身若不合格,即使正常充電也可能發生起火爆炸。因此,增加二級被動保護器件十分必要。
 



電芯品質攸關安全 統一標準勢在必行 



做為行動電源中成本最高的部件,電芯好壞直接決定產品品質。目前行動電源市場上常見的電芯主要分兩種,一種是柱狀鋰離子電芯18650,另一種則是聚合物鋰離子電芯。由於目前行動電源產業尚無統一標準,以致市場上不少行動電源製造商為降低成本而使用品質不合格的電芯。
 



再加上行動電源的使用通常都是貼身攜帶,並且會在不同環境、情形下充放電,導致這類產品的安全事故頻傳,隱藏性安全問題令人擔憂。針對鋰電池的安全性要求,各國及國際組織皆推出相應的標準及規範,以確保鋰電池使用安全。
 



由於行動電源近兩年才大規模進入市場,市場上尚未統一行動電源的安全標準,導致市場混亂、產品安全事故頻頻發生,有鑑於此,相關部門及產業協會正在研討安全標準的制定,從而規範市場,保障消費者的人身財產安全。總結而言,統一行動電源的產業安全標準勢在必行。
 



(本文作者皆任職於TE電路保護部)

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