发烧友10周年庆典,全网超值优惠来袭!千元现金券,下单抽奖赶紧参与》》

简要介绍锂电池,锂电池安全案例分析

电子工程师时间 2018-11-10 11:07 次阅读

早期的个人电子设备因为功耗较小多采用干电池供电,伴随着手机、平板电脑等手持设备的普及,能量密度比较高的锂离子电池逐渐走进千家万户。近年来电动车、无人机等大量商品化,更大大尺寸及更高能量密度的锂电池得到广泛应用。在享受科技进步带来的方便和可乐的同时,你可曾意识到天天伴随你左右的很多产品,随时随地可能变身夺命杀手,给个人、家庭和社会造成巨大损失?媒体上不时爆出因充电宝、电动车自爆自燃酿成火灾事故或人身伤害,而举世震惊的三星手机爆炸起火案几乎将三星公司多年积累的品牌形象一举摧毁,至今影响尚未完全消除。

图1:  三星手机爆炸起火图

而很多触目惊心的电子设备爆炸起火的根本原因,都和锂电池质量缺陷有关。锂电池的的使用涉及人命关天的大事,需要电子工程师在设计阶段高度重视。

简要介绍锂电池

通常说的锂电池也称为锂离子聚合物电池,因储存和释放电荷主要靠封装在电池内部的含金属锂离子的电解液而得名,锂的化学活性极强,单位储能密度远大于普通的干电池或传统的铅锌电池。但是含锂离子的电解液遇到空气极易发生燃烧,如果燃烧过于剧烈或是发生在密闭空间就可能导致爆炸。完整的锂电池一般由三部分组成,第一部分是电芯,第二部分是电池保护板,另外是电池外壳。三者之间紧密相连,共同决定电池的品质和应用安全。

锂电池的电芯是电池的核心部件,是决定电池品质的最根本因素,对技术、生产流程管控及原材料品质要求极高。电子工程师根据产品设计要求,提供外形尺寸、电压容量等技术指标给电芯厂家,电芯厂商按照客户需求进行电芯设计,规格书经双方确认后开始正式生产。经过备料、开模、下料、叠片、灌装、密封、测试、老化等几十到道繁杂工艺,最终生产出一个个单电芯,再根据电压和容量要求组合成单芯、两串、多串等最终成品。

锂电池安全案例分析

电池保护功能板是根据电芯特性设计的一块独立电路板,主要起限制电芯的充放电电流和电压,过充过放过温时保护电芯不受损坏或爆炸起火等作用。一般大型的电芯厂商有能力设计保护板,而技术实力不足的电芯厂商多依赖客户或保护板设计公司提供相应的保护板。

电芯和保护板需要装进电池盒内才能成为真正意义上的电池,一种方式是直接内置在产品内部,还有很多是独立封装为一个电池盒,然后作为一个整体部件直接安装固定在产品上。图2是发生烧焦冒烟轻微事故产品的电池盒拆解图。

图2:电池盒拆解图

该电池为两个电芯串联形式,即图中左右两个银色模块。两个电芯的中间是电池保护功能板,左边电芯下边是电池盒。从图上可以明显看到右边的电池电芯已严重起鼓,中间的电池保护板上有明显的烧焦痕迹,因为保护板发挥了作用,在存在质量问题的电芯发生漏液爆炸冒烟起火前及时切断了充电电路,从而避免了可能导致的严重事故。

在另一起电子产品自燃事故中,经过分析排查,着火是由设备配置的锂电池自燃导致,自燃后的电池残片如图3所示。

图3:  自燃后的电池残片

进一步追查发现,电芯厂商产品品质管控不严,电芯本身存在安全隐患;电池保护板相关参数设置不合理,特别是过充过放电流设置过大,无过热保护功能,导致有隐患的电芯充放电时过热起鼓,保护电路不能及时切断电路,最终导致电芯破裂,电解液大面积流出,遇到空气后冒烟起火。

锂电池安全设计

国家对于锂电池以及电芯有着严格的认证要求,如下列文件均为强制性条款:

GB 31241-2014  便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求;

GB/T 18287-2013  移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范;

另外UL1642“ 锂电池标准”也有很多关于安规方面的要求。

这些安全性测试项目均要测试以下项目:

1、过充电;

2、强制放电;

3、短路测试;

4、热滥用;

5、针刺(允许漏液);

6、挤压;

测试通过的最基本要求是电池组不起火、不爆炸!!

但是现实却很残酷,除部分技术实力强的大公司产品能完全满足以上全部要求外,很多电池厂商根本不敢保证大批量出货的电芯能够通过热滥用和针刺挤压等几项较苛刻测试要求。而质量有保证的大品牌和一般的品牌之间同等容量和规格的电芯价格通常能差50%以上,很多公司就宁愿选择存在很大安全隐患的低成本电芯。

另外像无人机等需要电池瞬间超高倍率放电能力导致保护板设计困难,或是考虑加上保护板的自身成本问题,有些无良企业就会不加保护板或是不加热保护功能,或是随意改变保护阈值等,导致保护板的功能丧失或部分失效,一旦遇到不合格的电芯或是极端使用条件,极易晾成大祸。

产品一旦发生自燃或爆炸给公司带来巨大影响,强烈建议电子工程师在设计锂电池时遵循以下原则:

1、优先选择质量可靠、工艺管控严格、测试流程规范,特别是能够书面承诺,大批量供货的产品也能通过UL认证安规测试的大品牌电芯;有实力的电芯厂商会从一开始就非常注重

2、根据产品的工作条件和要求,精心计算并设置电池保护板各种参数,特别是过充、过放、过电流、短路保护等;

3、务必要增加过热保护电路并留出裕量;

4、有条件的尽可能选择带总线通信的智能保护板,可以通过实时监控电芯的状态及早预警和处理,大大增加安全性,当然智能保护板的成本也要远高于不带通信功能的普通保护板。     

5、重视电池盒的设计,需要考虑电芯和保护板的安装固定、必要的形变空间,足够光滑的表面,因为任何电芯在反复充放电过程中俊辉产生形变,而电池盒内的毛刺可能会刺穿电芯表面,从而导致漏液等,而且这类问题电池保护板是无法起到保护作用的。

6、采用具有一定保护功能的充电器,在内置的电池保护板失效的情况下部分起到防护作用。

结束语:

锂电池的安全应用涉及千家万户的生命和财产安全,但同时由于锂电池的价格较高,导致了很多公司不愿选择性能好但价格高的电池。这个矛盾是摆在所有相关电子工程师面前的一道难题,需要得到公司高层的理解和支持才能从根本上解决问题。

原文标题:遵循这六个设计原则,锂电池再也不炸了

文章出处:【微信号:eedesigner,微信公众号:电子工程师时间】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

电路板设计超级手册

EDA设计智汇馆微信公众号
发表于 08-02 00:00 7586次 阅读
电路板设计超级手册

嵌入式操作系统存在差异吗

随着通信、电子行业的迅速发展,全世界每天都会有大量的新芯片被生产,大量的新电路板被设计,因此,也会有....
发表于 09-21 10:02 32次 阅读
嵌入式操作系统存在差异吗

电子器件自动关机了?从电路分析原因

今天用万用表的时候,突然很奇怪,为什么过了一段时间不使用后它就“自我了结”了呢?怎么实现的呢?实验室的福禄克表,蛮贵,不...
发表于 09-21 09:00 220次 阅读
电子器件自动关机了?从电路分析原因

如何采用Protel DXP软件对PCB电路板进行设计

电路板一般用敷铜层压板制成,板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。常用的....
发表于 09-20 14:29 39次 阅读
如何采用Protel DXP软件对PCB电路板进行设计

50欧的阻抗匹配电路,哪个有,参考下。

50欧的阻抗匹配电路,哪个有,参考下。
发表于 09-20 09:53 120次 阅读
50欧的阻抗匹配电路,哪个有,参考下。

关于光耦如何选择与替换

有时候由于各种原因使得现有电路板上的光耦找不到原有相同的型号来代替,但是手头上有其他厂商,甚至其他型....
发表于 09-20 08:56 48次 阅读
关于光耦如何选择与替换

氢燃料和锂电池谁才是未来电动汽车的未来

近来,随着新能源汽车补贴下坡、电池技术发展等引发的争议越来越多。华车网注意到,在争议中,关于何种动力....
发表于 09-20 08:55 81次 阅读
氢燃料和锂电池谁才是未来电动汽车的未来

ZXLD1371QEV2,电路板采用降压 - 升压配置,输入电压范围为5.4至30 VDC

ZXLD1371QEV2,ZXLD1371QEV2 LED驱动芯片评估板。该电路板采用降压 - 升压配置,输入电压范围为5.4至3...
发表于 09-20 08:43 97次 阅读
ZXLD1371QEV2,电路板采用降压 - 升压配置,输入电压范围为5.4至30 VDC

电路板有哪些表面处理技术?各有什么优缺点?

随着时代的演进,科技的进步,环保的要求,电子业也随着时代的巨轮主动或被迫的前进,电路板的科技何尝不是....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-19 11:41 359次 阅读
电路板有哪些表面处理技术?各有什么优缺点?

PL7501C输入升压型双节锂电池充电管理芯片的数据手册免费下载

PL7501C 是一款 3.6V-5.5V 输入,1A 输出,双节锂电池/锂离子电池充电的异步升压充....
发表于 09-19 08:00 34次 阅读
PL7501C输入升压型双节锂电池充电管理芯片的数据手册免费下载

无人机成果精度会受哪些因素的影响

由无人机的载重及体积的原因,无法搭载常规的航摄仪进行测绘航空摄影,自前选用的是中幅面CCD作为传感器....
发表于 09-18 17:05 170次 阅读
无人机成果精度会受哪些因素的影响

电路板镀层分离的原因是什么,应如何改善

镀层分离必然是电镀金属与底材结合力不佳所致,如何找出导致结合力不佳的肇因就是您问题的重点。解析这个问....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-18 11:25 123次 阅读
电路板镀层分离的原因是什么,应如何改善

电路板抗干扰的措施有哪些?

电路板是一种常见的工业设备,其功能起着优化电路布局的作用。微机继电保护测试仪的稳定性和可靠性一直是人....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-18 11:04 662次 阅读
电路板抗干扰的措施有哪些?

特斯拉将成为第一家在中国进行制造和销售的外资汽车独资公司

外媒指出,目前完成施工的主要厂房将用于电动车的制造,而在工厂另外一侧的建设可能用于锂电池组生产。
发表于 09-18 10:35 93次 阅读
特斯拉将成为第一家在中国进行制造和销售的外资汽车独资公司

PL7022和双节可充电锂电池保护电路芯片数据手册免费下载

PL7022/B 是一款基于 CMOS 的双节可充电锂电池保护电路,它集高精度过电压充电保护、过电压....
发表于 09-18 08:00 103次 阅读
PL7022和双节可充电锂电池保护电路芯片数据手册免费下载

哪里可以得到cc2540DK开发套件电路板的电阻等原件类似阻值大小这些参数的值?

我打开scm文件之后那里面也没有这些参数的值,我在那儿能得到这些详细的资料啊,我要自己画板子了...
发表于 09-18 06:34 71次 阅读
哪里可以得到cc2540DK开发套件电路板的电阻等原件类似阻值大小这些参数的值?

组装印制电路板怎样来检测

为完成印制电路板检测的要求,已经产生了各种各样的检测设备。
的头像 PCB线路板打样 发表于 09-17 14:25 87次 阅读
组装印制电路板怎样来检测

电镀对于pcb板有多重要

使用各种技术来保护铜印制线、导通孔和镀通孔,这些技术包括有机涂漆、氧化膜以及电镀技术。
的头像 PCB线路板打样 发表于 09-17 14:17 152次 阅读
电镀对于pcb板有多重要

请问cc1310的wor历程可以在加了PA的电路板上运行吗?

cc1310的wor历程可以在加了PA的电路板上运行吗?因为pa有两个脚去控制发送接收和休眠,那么这个怎么去使用呢?...
发表于 09-17 13:58 47次 阅读
请问cc1310的wor历程可以在加了PA的电路板上运行吗?

三元正极材料市场前景广阔 锂电产业市场化进展也将加快

在产品价格上涨和市场增量的双重拉动下,三元材料企业正迎来新一轮业绩增长期。
发表于 09-17 10:27 102次 阅读
三元正极材料市场前景广阔 锂电产业市场化进展也将加快

陶瓷PCB基板在多领域应用具有哪些优缺点

陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面( 单面或双面)....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-17 09:10 184次 阅读
陶瓷PCB基板在多领域应用具有哪些优缺点

动力锂电池有什么优点?

我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镉镍电池(Ni/cd)和镍氢电池(Ni/cd)来讲的。那么,锂离子电池究竟好在哪里呢?...
发表于 09-17 09:01 33次 阅读
动力锂电池有什么优点?

怎样正确检测pcb板

检查是一种以产品为中心的活动,而监测是以工艺为中心的活动。
发表于 09-16 17:12 91次 阅读
怎样正确检测pcb板

腐蚀电路板的注意事项说明及处理方法

腐蚀电路板的过程中难免会遇到一些问题,这时候我们就需要有一些应急的处理方法,下面就来介绍一下腐蚀电路....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-16 11:41 547次 阅读
腐蚀电路板的注意事项说明及处理方法

高速高密度PCB设计面临着什么挑战

面对高速高密度PCB设计的挑战,设计者需要改变的不仅仅是工具,还有设计的方法、理念和流程。
发表于 09-15 17:39 44次 阅读
高速高密度PCB设计面临着什么挑战

PCB单层或双层板怎样可以减小辐射

随着数字脉冲电路广泛应用,单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。
发表于 09-15 17:32 27次 阅读
PCB单层或双层板怎样可以减小辐射

pcb的核心问题怎么解决

进行印刷电路板(PCB)设计是指通过设计原理图纸,进行线路布局,以尽可能低的成本生产电路板
发表于 09-15 17:09 69次 阅读
pcb的核心问题怎么解决

PCB铜箔剥离实验方法以及怎样测力

由于PCB抄板技术涉及的范围非常广泛,所以决定了它的生产过程较为复杂,从简单的机械加工到复杂的机械加....
发表于 09-15 17:02 53次 阅读
PCB铜箔剥离实验方法以及怎样测力

柔性和刚性柔性版PCB怎样做可以加强

当您需要柔性电路中的刚性区域时,可以使用加强筋,可能用于保护连接在那里的元件或连接器。这不会让电路弯....
的头像 PCB线路板打样 发表于 09-15 14:15 166次 阅读
柔性和刚性柔性版PCB怎样做可以加强

内置音频检测的单、双节锂电池动态升压芯片的音频续航解决方

内置电池便携式音箱续航时间是重要的考量指标。而现在输出功率越做越大,因为功率是保证音质效果的重要前提....
发表于 09-14 10:52 73次 阅读
内置音频检测的单、双节锂电池动态升压芯片的音频续航解决方

【微信精选】PCB走线电阻估算杀手锏:方块统计法

有一种能轻而易举地完成这一任务的方法,叫做“方块统计”。采用这种方法,几秒钟就可精确估计出任何几何形状走线的电阻值(精度约...
发表于 09-14 07:00 236次 阅读
【微信精选】PCB走线电阻估算杀手锏:方块统计法

当电路板传导测试EMI超标你需要这样“拯救”它

案例1.系统直流供电控制盒;进行传导测试时,EMI超标;原理方案如下图: 电路板:原理方案是外部设计公司进行功能方案...
发表于 09-13 07:30 670次 阅读
当电路板传导测试EMI超标你需要这样“拯救”它

Li2S绝缘层可多功能隔膜涂层来抑制提高锂硫电池性能

与现有锂离子电池体系相比,锂硫电池具有更高的理论能量密度、更低的成本和环境友好等优势,是下一代高比能....
的头像 电子魔法师 发表于 09-12 14:34 767次 阅读
Li2S绝缘层可多功能隔膜涂层来抑制提高锂硫电池性能

有铅电路板和无铅电路板的性能差别分析

电路板在生产中工艺要求是一个非常重要的因素,他直接决定着一个PCB板的质量和定位,比如喷锡、镀金、沉....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-12 11:50 891次 阅读
有铅电路板和无铅电路板的性能差别分析

SMT模板是怎样的一回事

当对其技术的熟悉帮助产生所希望结果的时候,模板变成在一个另外可变的装配运作中的常量。
发表于 09-12 09:08 79次 阅读
SMT模板是怎样的一回事

印制电路板怎样应用互联技术

盲孔可以在板层上彼此堆叠,并且能被做得更小,这样就可以提供更多的空间或布设更多的信号线。
发表于 09-12 09:04 50次 阅读
印制电路板怎样应用互联技术

印制电路板柔性和可靠性应该怎样去设计

柔性印制电路板可根据在组装和使用期间所遇到的弯曲类型进行分类( Corrigan , 1992) 。
发表于 09-12 08:59 63次 阅读
印制电路板柔性和可靠性应该怎样去设计

电路板为什么要用护形涂层

护形涂层用来加强印制电路板组装的性能和可靠性,使其能够在像水下、航天和军事应用等恶劣的环境下应用。
发表于 09-12 08:48 80次 阅读
电路板为什么要用护形涂层

你了解柔性印制电路板的构造吗

柔性层压板绝缘基板对制造的成本和成品电路的性能有重要的影响。聚酰亚胺薄膜对此提供了最好的性价比。
发表于 09-12 08:43 75次 阅读
你了解柔性印制电路板的构造吗

PCB电路板机械怎样切割比较好

剪切是印制电路板机械操作的第一步,通过剪切可以给出大致的形状和轮廓。
发表于 09-12 08:18 72次 阅读
PCB电路板机械怎样切割比较好

ML605运行不正常该怎么办?

你好, 几个星期以来,我观察到ML605评估板的奇怪行为。 假设电路板在运行或不运行位文件的情况下运行。 可能发生的情况是,...
发表于 09-12 07:25 90次 阅读
ML605运行不正常该怎么办?

AMS101评估文件不支持Zedboard

嗨, 似乎没有可用于zedboard + AMS101评估的boot.bin文件,尽管下面的链接表明存在。 最接近的电路板支持文件适用于zync...
发表于 09-12 07:20 30次 阅读
AMS101评估文件不支持Zedboard

电路板快速测试怎样来设计一套系统

该系统利用计算机并行端口,通过适配器发送、接收测试向量,然后对采集数据进行分析,显示测试结果。
发表于 09-11 17:47 86次 阅读
电路板快速测试怎样来设计一套系统

使用Protel DXP进行电路板级仿真的特点和基本步骤的详细资料说明

板级仿真在今天的电路设计流程种扮演着越来越重要的角色,是检验电路设计的一种有效手段。本文主要介绍了使....
发表于 09-10 17:15 85次 阅读
使用Protel DXP进行电路板级仿真的特点和基本步骤的详细资料说明

PCB生产过程中该如何防范铜面氧化

在图形转移的前处理,通常都会采用“3%的稀硫酸+磨刷”的形式对板面铜层进行处理。而孔内只有靠酸洗的处....
发表于 09-10 14:47 98次 阅读
PCB生产过程中该如何防范铜面氧化

电池钢芯可提升锂电池的低温性能

锂离子电池性能受到温度影响很大,高温会加剧正负极界面的副反应,引起锂离子电池加速衰降,低温则会导致锂....
的头像 电子魔法师 发表于 09-10 09:34 380次 阅读
电池钢芯可提升锂电池的低温性能

PL7022双节可充电锂电池保护电路芯片的数据手册免费下载

PL7022/B 是一款基于 CMOS 的双节可充电锂电池保护电路,它集高精度过电压充电保护、过电压....
发表于 09-10 08:00 115次 阅读
PL7022双节可充电锂电池保护电路芯片的数据手册免费下载

铂族金属的锂电池

英美铂业公司(Anglo American Platinum Ltd.)希望开发一种使用铂族金属而非....
的头像 电子魔法师 发表于 09-09 14:41 210次 阅读
铂族金属的锂电池

钴对电子行业的影响

目前,华友钴业已有刚果(金)的PE527项目、MIKAS项目,含钴金属量分别约3100吨和4800吨....
的头像 电子魔法师 发表于 09-09 14:12 226次 阅读
钴对电子行业的影响

锂电池的绿色前景

与传统电池相比,新型电池动力需要更强,使用更可持续的材料。德国Fraunhofer ISC公司的项目....
的头像 电子魔法师 发表于 09-09 11:32 273次 阅读
锂电池的绿色前景

锂电电池方向获得新进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院光子信息与能源材料研究中心电化学团队在长效锂电金属池方向获得新进展....
的头像 电子魔法师 发表于 09-09 11:25 393次 阅读
锂电电池方向获得新进展

RF电路设计需要注意什么

PCB工艺, RF板对PCB板材及RF部分走线阻抗控制是有严格要求。
发表于 09-09 10:45 123次 阅读
RF电路设计需要注意什么

电路板电源设计中的电容是如何使用的使用情况详细说明

电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实,作为一款优秀的设计,电源设计应当是很重要的,它....
的头像 电源Fan 发表于 09-08 11:49 650次 阅读
电路板电源设计中的电容是如何使用的使用情况详细说明

模拟电路印制电路板信号线怎样来布局

在模拟电路印制电路板中,信号线能完成各种功能,如信号输入、反馈、输出以及提供基准信号等。
发表于 09-08 11:22 96次 阅读
模拟电路印制电路板信号线怎样来布局

PCB抄板应该怎样来清洁电路板

水清洗技术是今后清洗技术的发展方向,须设置纯净水源和排放水处理车间。
发表于 09-08 11:16 85次 阅读
PCB抄板应该怎样来清洁电路板

PCB板怎样运用FC技术

随着小型化高密度封装的出现,对高速与高精度装配的要求变得更加关键,相关的组装设备和工艺也更具先进性与....
发表于 09-08 11:07 76次 阅读
PCB板怎样运用FC技术

印制电路板怎样实现自动功能测试

自动测试系统的广泛适用性是因为自动测试系统的设计不是针对单一的测试对象进行的, 而是将印制电路板的功....
发表于 09-08 10:58 82次 阅读
印制电路板怎样实现自动功能测试

电路板电镀半固化片怎样来检测它的的质量

其中树脂处于B-阶段,温度和压力作用下,具有流动性并能迅速地固化和完成粘结过程,并与载体一起构成绝缘....
发表于 09-08 10:52 67次 阅读
电路板电镀半固化片怎样来检测它的的质量

PCB设计规则检查器如何来编写

除了电路图数据库,DRC还需要一些可以描述特定情况处理输入文件,如自动连接到电源平面合法电源网路名称....
发表于 09-08 10:50 70次 阅读
PCB设计规则检查器如何来编写

PCB板的特性阻抗与特性阻抗控制是怎样的情况

高速传输、高频讯号传输的传输线,在质量上 要比传输导线严格得多。
发表于 09-08 10:25 55次 阅读
PCB板的特性阻抗与特性阻抗控制是怎样的情况

关于新能源汽车电池技术的浅析

新能源汽车时代拉开大幕,不少人开始考虑买电动汽车。电动汽车和燃油车,外观上区别不大,开起来感觉也差不....
发表于 09-08 09:16 909次 阅读
关于新能源汽车电池技术的浅析