移动电源的安全保护探讨及统一行业标准的必要性

        近年来，随着移动互联网的快速发展，作为其载体智能手机和平板电脑也日益增多，移动设备本身电池电量已经不能满足消费者的要求。正是在这样的市场需求下，移动设备的“加油站”移动电源应运而生，并迅速得到消费者的青睐。但目前不少移动电源使用中出现过安全问题，严重的更有爆炸的情况发生，严重威胁到消费者的利益和人身安全。作为一款合格的移动电源，内部的安全保护措施必不可少。本文就来探讨下移动电源安全保护的措施及出台统一行业标准的必要性。
移动电源产品通常采用多节锂电池并联的方式以获得大容量,从而满足消费者的需求。大部分消费者片面追求移动电源的大容量，而忽视了其安全性，这是很危险的，容量越大的电池，通常能量密度也高，就需要更好的安全保护才能保证电池的安全使用。由于锂电池在过充电、过电流及短路等情况下会发生爆炸起火，从而严重影响人身及财产安全。因此，锂电池的应用必须包含保护电路，如下图所示。



锂电池保护电路通常包含两部分：
有源器件保护（保护IC和Mosfet），又称为一级保护，
无源器件保护（MHP-TA，PTC，Fuse），又称为二级保护。
一级保护电路主要是针对电池的过充、过放、过载及短路进行保护，采用IC检测电池电压及充放电电流去控制Mosfet导通或关断从而保证锂电池工作在安全状态。
二级保护主要是针对电池的过温/过热保护。


       
有了一级保护为什么还需要无源器件的保护呢？
原因有三个：
1.由于保护电路参数设计不当或一级保护电路器件故障导致保护电路失效；
2.锂电池芯本身不合格，即使正常充电也有可能起火爆炸；
3.并联电池组中出现故障电池芯，比如：内部短路或电池电压过低，如果没有针对每个电池芯的安全保护，将会产生大电流导致电池起火爆炸，如下图。



基于以上原因，国际上针对锂电池的安规标准明确要求锂电池在一级保护失效的情况下可以安全充放电。因此，为了让锂电池的应用更加安全，在一级保护电路（IC/Mosfet）的基础上，又增加了二级无源器件保护，通常使用可恢复保险器件（PTC或MHP-TA）去检测电池芯的温度，当温度异常升高时PTC或MHP-TA呈现高阻状态，阻碍电池的充放电，从而防止锂电池的起火爆炸，保护原理如下图。由图可知，当电池温度升高时，PTC动作，充电回路高阻，电流接近零，电池温度迅速下降。





       
保护功能实现
1.过流、过充、过温保护
在给电子设备充电的过程中，在不明原因造成过流、过充，短路的情况下，移动电源可通过内部保护电路（一级保护）确保手机等智能设备的安全。内置温度感应器件（二级保护/TE公司的MHP-TA/PPTC器件），当电芯温度超出预设值时，关闭电路，从而有效保护移动电源和充电电池的安全性。
2.过放保护
移动电源给不同数码产品进行充电时，移动电源过度放电会影响其寿命，甚至会烧坏手机等数码产品。移动电源内部一级保护电路通过电压智能检测系统，当锂电池电压低于其过度放电电压检测点时将激活过度放电保护，使功率MOSFET由开通转变为切断而截止放电，以避免移动电源过度放电现象产生。
3.电芯保护
电芯作为移动电源的核心部件，其质量直接影响着移动电源的性能。一般而言，品牌移动电源厂商多选用质量较为可靠的锂电芯，作为最核心的安全保障，移动电源电芯起着至关重要的作用。锂电池芯本身不合格，即使正常充电也有可能起火爆炸。因此，增加二级无源保护器件（TE公司的MHP-TA/PPTC器件）就显得十分必要。


       
移动电源行业统一标准的必要性
作为移动电源中成本最高的部件，电芯好坏直接决定产品的质量。目前移动电源市场常见的电芯主要有两种，一种是柱状锂离子电芯18650，另一种就是聚合物锂离子电芯。由于目前移动电源行业尚无统一的标准，市场上不少移动电源制造商为了降低成本而使用品质不合格的电芯甚至旧电芯，而移动电源的使用一般是贴身和随身携带，且会在不同的环境、情形下充放电，因此这类产品使用中涉及人身的安全事故频发，隐藏的安全隐患叫人防不胜防。
针对锂电池的安全性要求，各国家及国际组织都出台了相应的标准及规范以保证锂电池的安全使用，由于移动电源最近两年才大规模进入市场，国内还没有针对移动电源的安全标准，导致市场混乱，产品安全事故频发，相关部门及行业协会正在研究讨论制定移动电源产品的安全标准，从而规范市场，保障消费者的人身及财产安全。因此出台统一的行业安全标准已势在必行。统一的行业标准有助于提升移动电源生产商的市场准入门槛。对应于锂离子电池的安全标准，TE公司有一系列的无源类保护器件，如PPTC、FUSE、MHP-TA等器件来安全可靠地保护移动电源。