基于标准符合性移动电源安全设计

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1、函经验交流基于标准符合性的移动电源安全设计柯礼王粤威胡永乐赵海波汪顺祥(珠海出入境检验检疫局)摘要：智能手机和平板电脑的普及，使人们对电池的消费需求不断提高，移动电源应运而生。但其质量良莠不齐，给消费者的选择带来许多困惑。劣质的移动电源不仅性能差，还存在安全隐患。移动电源的安全受其内部的电压、电流和外部的温度、振动等诸多因素影响。设计时若考虑不周，可能导致性能损失，甚至引起起火、爆炸等。基于移动电源的工作原理和结构，对影响移动电源安全的因素进行深度剖析，并针对性地提出相应的解决方案。关键词：移动电源；结构；安全设计；电池配组O引言2影响移动电源安全的因素国家标准GB3

2、1241—2014《便携式电子产品用锂本文描述的安全是指对标准GB31241的符合性。离子电池和电池组安全要求》实施后，移动电源的安根据该标准要求，可将影响移动电源安全的因素归纳全特性必须符合该标准的相关要求。构建符合安全特为5个方面：性要求的移动电源产品既是对消费者的负责，也是产11电池的安全特性，如泄压装置、薄弱环节设品持续发展的前提。计等，各个单体电池之间存在一定的差异性；1移动电源的工作原理21工作时电池的电压条件和电流条件，包括充移动电源是集储电、降压、升压和充放电管理于电电压过高、放电电压过低、电流过大等，电池的短一体的便携式设备。简单的移动电源由电池组、

3、升压路是大电流的极端表现；系统、降压系统和输入输出接口构成，其基本结构如3)热散发条件，直接影响移动电源的工作温度，图1所示。由外壳的材料与结构等因素决定；41电池配组的影响，在构造大容量移动电源时，锂离升压系统广5VUSB输出需要将多个电池采用串联或并联的方式予以集成。研子电究表明[1-4]，电池的一致性将直接影响串联或并联结构池组降压系统]5V充电器的效率、寿命等多方面特性，差异大时甚至会引发安图1移动电源工作原理不意图全问题。其一致性主要表现在电压、内阻、容量等参数上。值得注意的是，一致性好的电池在使用一段时其中锂离子电池组是核心部件，主要用于电能储间后也可能产

4、生差异；存。输入和输出接口通常采用USB接口，输入和输5)存放和使用环境的影响，通常来自于存放和出电压均为5V。锂电池的充电限制电压一般为4．2V，使用条件，包括气压变化、温度变化、振动、应力、因此在输入回路需要降压系统，以避免充电电压过高。跌落和冲击等。在对外供电时，锂电池的工作电压一般处于3．0V～前4个影响因素来自于移动电源内部，存放和使4．2V之间，因此又需要升压系统将电压升至5V，以用环境的影响则来自于外部。满足USB的输出规范，并与负载匹配。2015年第36卷第5期自动化与信息工程453移动电源的安全设计得值对工作回路进行控制。由于电子元器件被视为不可靠的

5、器件，因此需考虑两重或以上的防护方式。根移动电源的安全设计基于影响其安全的因素，并据其作用机理，可行的方案可分为软件控制和硬件保分为内、外部因素分别予以处理。通过材料选取、结护2种。本设计采用以软件控制作为第一重保护，硬构设计、电路设计等，对内部风险点逐个予以消除或件保护为第二重保护的方案。降低风险。对外部环境的影响采取隔断措施或缓解措3．2．1基于单片机或可编程逻辑芯片的软件控制施，将外部影响有效降低。本文以构造一个容量为使用单片机或专用的处理芯片，可构造电压、电10000mAh的移动电源为例子，分析设计要点。流和温度的实时监控电路。根据测得的数据，对电池3．1电池

6、的选取和配对组合回路予以接通和切断。参照标准GB／T18287[，并从电池依据个体的安全特性及性能参数(电压、内安全角度考虑冗余设计，将单体锂离子电池的充电电阻、容量)进行选取。标准GB31241对电池和电池压限值设定为4．2V，放电终止电压设定为3．0V。电组均提出了相应的安全要求，作为移动电源的元件，流的控制则根据设计的输出条件和线路、电池的承载电池应以符合该标准为前提。标准要求电池厂商提供能力予以设定。电池的认证或测试报告，并对原料进行抽检，以实现电压检测的采样电路如图2所示，“B+”为电池电池安全特性的有效控制。正极，“BAT．V”连接至单片机UO接口。单片机

7、通性能参数的选取基于电池配组的要求，注重一致过软件访问I／O接口，可获得当前的电池端正极相对性。参考行业内共识，本文样品将配组电池70％容量于地(电池负极)的电压值，实现电压的测量。时的电压差异控制在5mV以内，内阻值差异控制在5mQ以内，容量则控制在50rnAh以内。电池组配组时考虑以下原则：1)配组电池个数尽可能少，串并联结构引入新的风险点，由于遵循短板理论，性能也会下降，当容量要求必须进行串并联配组时，则配组的电池数目应图2电源端电压测量尽可能少；2)采用并联结构，电压、内阻和容量对电池并在电池回路串入开关器件，并由单片机的输出信联结构的影响低