锂电池PACK设计规范经验汇总

锂离子电池设计规范包括PACK锂电池设计规范汇总，一些锂电池设计规范PACK案例，方型锂电池安全设计展示，圆柱型锂离子电池设计规范案例，锂电池设计安全规范标准化等，我们一起来看看这些锂电池设计规范吧。

一、PACK锂电池设计规范安全前言。

由于全球手机有数亿只，要达到安全，安全防护的失败率必须低于一亿分之一。由于，电路板的故障率 一般都远高于一亿分之一。因此，电池系统设计时，必须有两道以上的安全防线。常见的错误设计是用充电 器(adaptor)直接去充电池组。这样将过充的防护重任，完全交给电池组上的保护板。虽然保护板的故障率不高，但是，即使故障率低到百万分之一，机率上全球还是天天都会有爆炸事故发生，我们每个电池工程师一定要最大程度的防止此安全事故发生。

二、PACK锂电池设计规范经验汇总：

电池系统如能对过充、过放、过电流都分别提供两道安全防护，每道防护的失败率如果是万分之一，两 道防护就可以将失败率降到一亿分之一。常见的电池充电系统方块图如下，包含充电器及电池组两大部分。

①充电器又包含适配器(Adaptor)及充电控制器两部分，适配器将交流电转为直流电，充电控制器则限制直流 电的最大电流及最高电压。

②电池组包含保护板及电池芯两大部分，以及一个 PTC 来限定最大电流。下面图中 适配器交流变直流文字方块作用：电控制器限流限压。充电器文字方块作用: 保护板过充、 过放、过流等防护。 储能锂电池组文字方块作用: 限流片。电池芯以手机电池系统为例，过充防护系 统利用充电器输出电压设定在 4.2V 左右，来达到第一层防护，这样就算电池组上的保护板失效，电池也不会 被过充而发生危险。第二道防护是保护板上的过充防护功能，一般设定为 4.3V。这样，保护板平常不必负责 切断充电电流，只有当充电器电压异常偏高时，才需要动作。过电流防护则是由保护板及限流片来负责，这也是两道防护，防止过电流及外部短路。由于过放电只会发生在电子产品被使用的过程。因此，一般设计是 由该电子产品的线路板来提供第一道防护，电池组上的保护板则提供第二道防护。当电子产品侦测到供电电 压低于 3.0V 时，应该自动关机。如果该产品设计时未设计这项功能，则保护板会在电压低到2.4V时，关闭放电回路。

锂电池设计规范经验总论：电池系统设计时，必须对过充、过放、与过电流分别提供两道电子防护。把保护板拿掉后充电，如果电池会爆炸就代表设计不良。 把保护板拿掉后充电，如果电池会爆炸就代表设计不良。 上述方法虽然提供了两道防护，但是由于消费者在充电器坏掉后，常会买非原厂充电器来充电，而充电 器业者，基于成本考虑，常将充电控制器拿掉，来降低成本。结果，劣币驱逐良币，市面上出现了许多劣质 充电器。这使得过充防护失去了第一道也是最重要的一道防线。而过充又是造成电池爆炸的最重要因素，因 此，劣质充电器可以称得上是电池爆炸事件的元凶。 当然，并非所有的电池系统都采用如上图的方案。在有些情况下，电池组内也会有充电控制器的设计。

锂电池设计规范案例说明：例如许多笔记型计算机的外加电池棒，就有充电控制器。这是因为笔记型计算机一般都将充电控制器做在 计算机内，只给消费者一个适配器。因此，笔记型计算机的外加电池组，就必须有一个充电控制器，才能确 保外加电池组在使用适配器充电时的安全。另外，使用汽车点烟器充电的产品，有时也会将充电控制器做在 电池组内。 最后的防线：如果电子的防护措施都失败了，最后的一道防线，就要由电芯来提供了。电芯的安全层级， 可依据电芯能否通过外部短路和过充来大略区分等级。由于，电池爆炸前，如果内部有锂原子堆积在材料表 面，爆炸威力会更大。而且，过充的防护常因消费者使用劣质充电器而只剩一道防线，因此，电芯抗过充能 力比抗外部短路的能力更重要。 铝壳电芯与钢壳电芯安全性比较 铝壳相对于钢壳具有很高的安全优势。

三、锂电池设计规范安全设计要点：

1、为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。

2、电池安全设计有时看着安全其实并不安全，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。

3、电池安全设计一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。

四、锂电池安全设计措施方法：

1、选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。

2、提高现有安全控制技术的性能，首先要提高12.8V锂电池组中的锂离子电池芯的安全性能，这对大容量电池尤为重要。选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。

3、当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂。

4、提高控制灵敏度、选择更灵敏的控制参数和采用多个参数的联合控制（这对于大容量电池尤为重要）。对于大容量锂离子电池组是串/并联的多个电芯组成，如笔记本电脑的电压为10V以上，容量较大，一般采用3～4个单电池串联就可以满足电压要求，然后再将2～3个串联的电池组并联，以保证较大的容量。

5、大容量电池组本身必须设置较为完善的保护功能，还应考虑两种电路基板模块:保护电路基板（Protection Board PCB）模块及Smart Battery Gauge Board模块。整套的电池保护设计包括：第1级保护IC（防止电池过充、过放、短路），第2级保护IC（防止第2次过压）、保险丝、LED指示、温度调节等部件。

6、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。

7、笔记本电脑和手机使用的锂离子电池基所采用的底层技术是不安全的，工业锂电池组需要考虑更安全的结构。总之，随着材料技术的进步和人们对锂离子电池设计、制造、检测和使用诸方面要求的认识不断加深，未来的锂离子电池会变得更安全。

8、不管正或负极活性材都会有膨胀收缩的问题，一般负极碳材有 20%（理论值：10.5%）膨胀收缩率， 而像 LFP 正极材料有 6%（理论值：2 %左右）膨胀收收率。当多次充放电中，其正、负活性材颗粒与颗粒之 间接触少、间隙加大，甚至有些脱离集电极，导致电子与离子传输路径断续不连续相，成为死的活性材，不 再参与电极反应。因此循环使用寿命下降。VGCF 碳管有很大的长径比，即使正、负活性材膨胀收缩后，其活 性材颗粒间之间隙，可藉由 VGCF 碳管架桥连接，电子与离子传输不会间断。

五、锂电池设计规范注意事项：

1、锂离子电池在人们的生活中随处可见，各种便携式电子产品、车载GPS等，锂离子电池成为维持这些工具运转的重要部件。保持锂离子电池适度充电、放电可延长电池寿命。锂离子电池电量维持在10%~90%有利于保护电池。这意味着，给手机、笔记本电脑等数码产品的电池充电时，无需达到最大值。

2、配有锂离子电池的数码产品暴露在日照下或者存放在炎热的汽车内，最好将这些产品处于关闭状态，原因是如果运行温度超过60摄氏度，锂离子电池会加速老化。锂电池充电温度范围：0~45摄氏度，锂电池放电温度范围0~60摄氏度。

3、如果手机电池每天都需充电，原因可能是这块电池存在缺陷，或者是它该“退休”了。对笔记本所有者而言，如果长时间插上插头，最好取下电池(电脑在使用过程中产生的高热量对笔记本电池不利)。

4、通常情况下，50%电量最利于锂离子电池保存；如果长期用外接电源为笔记本电脑供电，或者电池电量已经超过80%，马上取下电池。平时充电不需将电池充满，充至80%左右即可。调整操作系统的电源选项，将电量警报调至20%以上，平时电池电量最低不要低于20%。

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