轻薄、容量大、使用寿命长,这些都是锂电池的突出特性.正因如此,锂离子电池才迅速替代了镍氢、镍镉电池的角色,成为笔记本电脑等便携式产品优选的续航设备.近段时期,连续曝出的笔记本电池爆炸事件,将笔记本电池一次次推向了风口浪尖,用户也为此心有余悸,锂电池到底是动力之源还是定时炸弹?

寻究电池着火之谜

一般来说,目前的笔记本锂电池组本身都具备较为完善的保护功能.


它不仅仅由串/并联的多个电芯组成,本身还包含两种电路基板模块:保护电路基板(Protection　pcB) 模块及Smart Battery Gauge Board 模块,其一整套的电池保护设计包括第一级保护IC(防止电池过充、过放、短路)、第二级保护IC(防止第二次过压)、保险丝、LED指示、温度调节等部件.

在多级保护机制下,即使是在电源充电器、笔记本电脑出现异常的情况下,笔记本电池也只能转为自动保护状态,如果情况不严重,往往在重新插拔后还能正常工作,不会发生爆炸.面对笔记本电池发生爆炸的严重事实,记者请教了电化专业人士以及某知名厂商的设计工程师.

据分析,锂电池爆炸无外乎由短路或过充引起,最大的可能性一种是锂电池在制造时,因为制造工艺本身的纰漏,而使产品存在着随时可能发生的安全隐患,比如应当绝缘的两极之间出现了金属粉尘或铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜,造成微短路等.前者情况最为严重,将直接造成短路并大量产热,导致部分电解液汽化,将电池外壳撑大.

除此之外,还有一种比较特殊的情况,电源充电器或者笔记本电脑因为特殊原因,瞬间向锂电池提供高电压/强电流导致的严重过充,如充电电压由12.6V突然升到12.9V甚至更高,这时会有一个高充电流产生,电池内部电路应动作切断充电电流,但由于部分锂电池的充电过电压、过电流保护功能设计很弱,这可能导致电池的保护IC损坏,从而使笔记本电池使去保护功能而受损,过充后极片上遍布针状锂金属结晶,刺穿点导致多处微短路,造成电池温度逐渐升高,直至最终电池爆炸、着火的现象发生,这是目前很多笔记本电池“惹火”的主要原因.

加罩一层保护伞

目前,从电池保护机制上看,电池组前面的充电部分,传统芯片厂商提供的方案大多都是起到精确控制充电电压和充电电流的作用,在过电压和过电流控制方面并没有提供相应的解决方案.这样,对电池组的保护就完全依赖于电池本身,如过充保护,过放电保护,过充电流保护,过放电流保护,过热保护等等.

保护到位需要防止因第一级保护IC故障或MOSFET短路而造成的过压故障,所以,第二级保护IC一般会被认为是是电池组保护的最后防线.对此,凹凸电子(O2 Micro)产品经理洪仕振表示了不同看法,他认为,对于电池组的保护完全可以前移,通过对充电器附加控制功能,来实现侦测并控制对电池组的充电动作,这无疑会进一步提高保护级别,对保障锂电池使用安全至关重要.

为此,在O2 Micro针对便携设备电源管理开发的Cool Charge解决方案当中,融合了一项名为Cool Battery Technology的电池保护技术,它的最大特色就是拥有传统充电器一般所不具备的OVP(过电压保护)和OCP(过电流保护)两大电池保护功能,这项技术已经被嵌入Cool Charge IC芯片当中.

采用Cool Charge IC芯片之后,电源充电器将在很大程度上承担起电池保护的责任.受该Cool Charge IC控制的充电器与传统设计相比(见图1),所需要的外部器件明显减少,省去了Q3与Q4部分的设计,降低了故障率.在保留下来的Q1与Q2(元件改进了原有设计)之间,Cool Charge IC设置了一个侦测点,通过出厂设定,该侦测点的电压与电流设置均略小于电池厂商设定的安全规格.这样,在充电电压或电流超出了Cool Charge IC设置的安全电压或电流值之后,IC就控制Q2断开,先电池保护作用之前就切断充电;从侦测频率来看,电池保护的侦测时间间隔为毫秒等级,而通过芯片侦测,则可以很容易实现百万分之一秒的等级,可以用极高的频率连续侦测,从而实现了先一步保护电池组的目的.