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台湾Celxpert技术总监奥藤忠司:锂电池安全对策“由危机回避向危机预测进化”

2009-07-23 17:132211021世纪新能源ne21.com

  锂离子充电电池已配备于很多便携产品,但屡屡发生因电池起火事故及故障而不得不回收更换的问题。各家电池厂商与产品厂商都在努力确保可靠性和保证品质,但问题还未能彻底解决。

  为此,本站记者采访了在锂离子充电电池安全设计方面熟悉电池管理电路设计技术的台湾Celxpert公司技术总监奥藤忠司。奥藤从1987年加拿大Moli Energy公司成立时就开始从事充电电池保护电路及充电电路的开发设计,同时他还是NEC Moli Energy董事技术部长和商品开发部长,是锂离子充电电池周边电路开发等有关电池组安全设计专家。最近则开始开发汽车用大型锂离子充电电池、燃料电池与锂离子充电电池的混合动力电池等。(采访者:安保秀雄)

  问:装有锂离子充电电池的电池组现在被用于哪些领域?

 

 
  奥藤:20世纪90年代,电池组被大量应用于摄像机、静态相机及个人电脑等,后来开始配备于手机、游戏机等多种电子产品。最近,其用途扩展到了电动工具、电动踏板车及电动车等领域。今后还将扩展到电动汽车、产业/消费类固定型蓄电池等领域。

  问:电池组经历了哪些变化?

  奥藤:先于锂离子充电电池普及的车用铅电池即使过充电及过放电也不会产生太大危险,从安全性方面来看,便于使用。而锂离子充电电池需要谨慎使用,提高安全性的电子电路技术变得不可或缺。后来,锂离子充电电池大量用于便携产品,为了提高利用效率,开始利用微控制器进行微细控制。

  今后,锂离子充电电池的控制技术和电路技术将进一步发展。应该力争实现不仅回避危险、还能预测危险的自我诊断系统。

  比如,预测到单元将失去平衡而采取对策的系统非常重要。锂离子充电电池随着串联单元增多,单元的平衡成为问题。当单元失去平衡,电池电压降低或变成0V时,如果电池继续充放电,就容易发生起火及冒烟事故。这一问题在10年前就已经指出,不过在保护电路上添加单元平衡电路,能够解决这一问题。

  今后不仅能利用保护电路回避危机、还能够预测这一现象并采取对策将变得至关重要。此外还需要对单元并联时的平衡、电压及电阻的变动等采取对策。

  安全设计方面,过去切实积累了过充电发生时的双重故障保护机构(二级保护电路)、用于切断电路的熔断器元件等技术。并且,还进一步导入带单元平衡的保护电路等,实现了更安全的设计。现在也在尝试进一步的改善措施。

  问:锂离子充电电池的全面普及已有近20年的历史,当仍然时有发生起火事故及故障导致的召回等。这些问题为何不能根除?

  奥藤:安全设计技术正在日积月累,不断进步。但我觉得,现在电池技术人员与电路技术人员及产品设计人员的合作关系不是很充分。过去,三方面基本是紧密合作推进开发的。10年前,供应单元的厂商很少,三方面一直协作开发,直到相互了解彼此的要求。而现在,有时电池技术人员及电池组设计人员要听命于产品厂商,按照他们的要求,提高能源容量、降低价格。

  有时因过度提高能源容量而牺牲电池的循环寿命,有时为降低价格,安全设计敷衍了事,从而酿成事故和故障。

  在提高能源容量时,最基本的还是增加单元数量及利用正在开发的材料进行充分的安全测试。没有好方法。电池技术人员与电路技术人员及产品设计人员之间必须建立起合作关系,充分进行协商。

  配置方面,电池设计方与产品制造方最好也要好好协商。比如,可以提前弄清笔记本电脑的电池驱动时间是否需要达到3~4小时以上。现在,在机场和飞机上都能充电。也可以增加一些电池驱动时间不需要那么长的机型。不能只在能源容量上竞争,关键是站在用户的角度考虑安全性。

  另外,现在不允许大量生产、大量销售、大量废弃了。希望还要考虑到这一点。在节能方面起着重要作用、并肩负着环保使命的电池不能大量废弃。应该力争开发更加安全、能够长期使用的电池。

  问:今后锂离子电池的能量密度将越来越大,应该注意哪些事项?

  奥藤:在相同容积中封闭的能量加大,意味着离危险更近了一步。在10~20年前已经发现:使用Ni(镍)时,提高容量的危险性也非常大。

  当然,现在的产品在考虑安全性之后才实际投入使用,不过在混合Ni或Mn(锰)时,必须要慎重地确保安全性。以前,我在Moli Energy的时候,曾有人被镍酸锂离子电池烧伤过手。虽然学术性文献公布的数据良好,但基本未涉及安全性问题。应该注意是否已向产品厂商及产品用户详细介绍了文献未涉及部分。

  电池组设计方面,能量密度提高时,应该注意安全性和使用寿命。比如,我认为在电池组设计中适当采用上述的自我诊断系统等至关重要。

  问:今后锂离子充电电池的用途将扩展到混合动力车、电动汽车及固定型蓄电池等领域,这些用途的安全设计应该注意什么?

  奥藤:如前所述,随着锂离子充电

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