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中國大陸鋰電池標準GB31241-2014對被動保護器件的影響
 

【作者: TE】   2015年07月03日 星期五

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近年來,各種可攜式電子產品如手機、數位相機、音樂播放機、平板電腦、及筆記型電腦幾乎是人手必備,而為這些電子產品提供能量的則是鋰離子電池。在鋰離子電池廣泛使用的同時,也產生了一些安全事故,如電池起火、爆炸等,因為鋰離子電池在過充電或大電流等不正確使用時會引起內部溫度升高、膨脹,從而導致起火及爆炸,嚴重危害人身及財產的安全。中國大陸是世界上最大的鋰電池生產和消費國家,但是卻一直沒有關於鋰電池的強制性國家標準,雖然有一些產業標準,但是卻無法對鋰電池市場進行很有效的管理。市場上各種鋰電池龍蛇混雜,容量及安全性難以保證,監管部門也沒有合適的標準作為監督管理的規範。


中國大陸已經發佈了新的國家標準GB31241-2014,將於2015年8月1日起正式實施,這套標準是中國大陸第一套有關鋰離子電池的強制性標準,與UL、IEC和PSE等國外鋰電池標準相比,除鋰電池一級保護失效模式下的測試要求外,其它內容基本上是大同小異的。雖然測試條件不是非常嚴苛,但由於是強制性標準,所以會對中國大陸的鋰電池產品市場產生一定的影響,也會為鋰電池被動保護器件帶來新的契機。


鋰電池

由於鋰電池具備輕、薄以及能量密度高等優點,越來越多的可攜式電子產品開始使用鋰電池。一些大品牌的廠家注重產品品質及安全性,要求研發及生產的鋰電池必須滿足國際標準,從而可以進入國際市場;但是中國大陸眾多的鋰電池中小企業追求低成本,以低價搶占市場,形成惡性競爭;加上中國大陸本身沒有關於鋰電池的強制性標準,使得市場上出現大量偽劣產品,也讓鋰電池起火爆炸等安全事故頻傳。即將實施的GB31241-2014將會對鋰電池市場進行規範,特別是對中小企業生產的鋰電池產品發揮監督作用,以確保產品的安全性。


通常鋰電池的保護是以IC/MOSFET構成一級保護,由於IC/MOSFET半導體元件容易受到靜電、高溫、高電壓/高電流等脈衝的影響而受到破壞,從而失去保護的作用,因此,還需要外加被動器件PPTC或MHP以作為二級保護;但是很多鋰電池中小企業為了降低成本而選用低品質的IC/MOSFET,並且省去了二級保護,在這種情況下,鋰電池的安全便難以得到保證,特別是鋰電池的容量越來越大,危險性也隨之變大。中國大陸的GB31241-2014標準為被動保護器件PPTC和MHP帶來了龐大的商機。



圖一 :  電流(左);控制IC(右)
圖一 : 電流(左);控制IC(右)

行動電源

智慧手機、平板電腦等可攜式電子設備日益普及,而且越來越多智慧手機使用內置式電池,續航能力達不到消費者的需求,又不能更換電池,於是行動電源產品也就應運而生了。


但是,隨著行動電源的廣泛使用,安全問題也隨之而來。行動電源產品的核心部件是可充電電池(多為鋰電池),在追求大容量和高能量密度的同時,危險性也隨之增大。目前行動電源市場的品牌是龍蛇混雜,強勢品牌尚未誕生,行業標準尚未建立,一些品質差的產品流入市場,產品規格標示不實,性能無法達到其所宣稱的水準,甚至引發安全問題。近年來,關於行動電源或電池爆炸起火對人身及財產造成巨大損失的事件時有所聞,引起中國大陸政府相關管理部門及行業協會的關注。去年剛剛頒佈的《USB介面類別行動電源行業標準》未能如大家所期待的那樣對行動電源市場發揮規範和約束的作用,一方面因為它只是不具有強制性的行業標準,另一方面,此一標準較偏重對行動電源的性能要求,而不是安全性的要求。



圖二 :  電路板(左);鋰電池(右)
圖二 : 電路板(左);鋰電池(右)

行動電源追求大容量,多採用多個鋰電池並聯方式,如果不能保護其中的內阻和電壓的平衡,則會形成充放電回路,更嚴重的情況是如果某個鋰電池芯內部微短路,其它電池芯就會對其大電流充電而產生起火甚至爆炸。GB31241-2014的實施,會對行動電源內的鋰電池產生約束作用,為保證其內部的鋰電池芯安全,被動器件PPTC/MHP是最好的選擇。PPTC/MHP 具有很好的過電流和過溫度保護特性,即使並聯的鋰電池芯之間出現不平衡或某個鋰電池芯微短路,PPTC或MHP也可以有效地阻止大電流的充放電,防止鋰電池起火爆炸。


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