三星電子在確定電池缺陷導致火災時將召回 250 萬部 Galaxy Note 7 智能手機。此次召回可能會影響智能手機供應鏈，但也會引發(fā)嚴重的安全問題。

從歷史上看，鋰離子電池在筆記本電腦、電動汽車、懸浮滑板和飛機上都出現過問題——最引人注目的是 2013 年的波音 787。

鋰離子電池的典型故障模式可能是電氣濫用、熱濫用和物理損壞。以下需要工程師解決以提高安全性的鋰離子儲能系統(tǒng)問題有望成為設計師的“深思熟慮”。很多文章都提到了18650系列鋰離子電池。

NASA Orion 幾乎無敵的鋰離子電池組

美國宇航局獵戶座飛船內部的鋰離子電池，預定在 2030 年代中期載人登陸火星，是非常強大的電池架構的一個很好的例子(盡管設計過度，在智能手機中不實用)。這種電池設計的一些特點和優(yōu)勢將有助于防止電池因擠壓等物理力而受到機械損壞，值得設計人員看看。這些鋰離子電池由 Yardney 設計和制造，也已在火星探測器上使用，并且已經在火星上運行了近 13 年。

盡管 Yardney 的堅固設計對于智能手機來說成本太高，但一些與抗振和物理損壞保護有關的機械設計功能可能會適用于具有智能、低成本架構的智能手機。

容錯鋰離子電池組

論文“Fault Tolerable Li-ion Battery Stack”討論了電池組中的可容錯電路拓撲和故障隔離方案。智能手機不一定有電池組，但其中一些想法可能有助于在手持設備中或至少在堆疊電池架構中產生可行的安全解決方案。

此處的解決方案使用與每個電池串聯的單個 MOSFET，以便電池組通過開路或短路來容忍單個電池故障。以這種方式，可以通過額外的開關隔離故障電池，以便電池組繼續(xù)運行。感測每個 MOSFET 的漏源電壓，從而間接檢測電池的電流，以確定電池的狀態(tài)。Tesla Roadster 的每個鋰離子電池單元分別為每個端子熔斷。

故障隔離有幫助，但我們仍然需要處理電池起火，即使電池與系統(tǒng)隔離以保持系統(tǒng)運行，這些故障也會導致電池起火。2013 年有一項專利在電池外殼設計中使用微通道冷卻劑和制冷劑注入冷卻通道。對于智能手機來說，這樣的解決方案既困難又昂貴，但仍然值得深思。

試圖撲滅鋰金屬電池火災時，應使用D 類滅火器。鋰金屬中含有大量的鋰，會與水發(fā)生反應，從而使火勢惡化。鋰電池通常不可充電并含有鋰金屬——這些不是鋰離子電池。鋰離子電池不含鋰金屬，通常可充電。本文稍后將對此進行更多介紹。或許防止火災蔓延的解決方案可能涉及包含小規(guī)模貨物泡沫的滅火系統(tǒng)，以將鋰離子電池包裹在智能手機和其他手機類型中。

電弧和火花檢測與預防4

對于 18 ± 1 V 左右的電壓，即鋁殼電池的陰極和陽極壓降之和，存在電弧事件的風險，并且電弧電流足以在電流斷開期間點燃電弧中斷設備 (CID) ( > 1 A)。低于此電壓還存在產生火花的風險，已確定鋁觸點的 11.2 V 電壓和 0.4-A 電流 (4.5 W) 也足以點燃。盡管與電弧事件相比，火花產生的風險要小得多，但仍需要加以解決和預防。

電弧通常不會出現在智能手機中，但會因機械損壞而產生火花?！凹丛O計人員如何幫助減輕甚至防止小型手持設備發(fā)生火災，以及電動汽車或其他高鋰離子電池的電壓/電流應用。

在系統(tǒng)層面，設計人員通常選擇軟件和硬件兩類冗余保護器件。借助軟件保護，系統(tǒng)可以在發(fā)生故障時通過適當的動作監(jiān)控電池系統(tǒng)特性。硬件是顯而易見的，因為行業(yè)中有許多解決方案。

美國國家運輸安全委員會(NTSB)在 2014 年進行的一項調查中發(fā)現，波音 787 鋰離子電池中存在電弧現象，導致電池起火。

減輕電弧的一些可能的解決方案是： 用于電弧中可聽噪聲的聲學檢測器;用于電弧產生的高溫的熱探測器;電壓檢測，一種用于檢測電弧所表現出的強光的光學檢測器;和一個電弧故障斷路器。您希望在出現電弧或火花事件的第一個跡象時向系統(tǒng)發(fā)送信號。德州儀器 (Texas Instruments) 有一個非常漂亮的直流電弧檢測評估板，它是一個符合 UL1699B 標準的光伏電弧檢測系統(tǒng)，占位面積為 50×30 mm。