Портативные зарядные устройства, подобно миниатюрным химическим резервуарам энергии, защищают нашу цифровую жизнь, но насколько хорошо вы знаете об их безопасности?
С широким распространением смартфонов, планшетов и других портативных устройств, портативные зарядные устройства стали незаменимым аксессуаром в нашей повседневной жизни. Однако качество продукции на рынке сильно различается, и инциденты, связанные с безопасностью, такие как возгорание и взрывы портативных зарядных устройств, случаются часто.
Какими характеристиками должен обладать безопасный портативный зарядный модуль? Мы поможем вам всесторонне разобраться в безопасности портативных зарядных устройств с четырех ключевых точек зрения: тип аккумуляторного элемента, протокол быстрой зарядки, схема защиты и температурная адаптируемость.
Аккумуляторный элемент: сердце портативного зарядного устройства
Аккумуляторный элемент является основным компонентом портативного зарядного устройства, напрямую определяя его безопасность и срок службы. Среди множества типов аккумуляторных элементов, элемент 21700 постепенно становится предпочтительным выбором для высококлассных портативных зарядных устройств.
В качестве примера можно привести аккумулятор LG 21700, в котором используется литий-ионная технология с литий-никелево-марганцево-кобальтовым сплавом в качестве материала положительного электрода и графитово-кремниевым сплавом в отрицательном электроде, что обеспечивает превосходную плотность энергии и стабильность.
Эти аккумуляторные элементы имеют ёмкость от 4,85 до 5,0 А·ч, номинальное напряжение 3,63 В и напряжение отключения зарядки 4,2 В.
По сравнению с распространёнными аккумуляторами 18650, аккумулятор 21700 обладает не только большей ёмкостью, но и более высокой плотностью энергии. Аккумулятор LG 21700 имеет плотность энергии 263 Вт·ч/кг, в то время как аккумулятор Samsung 21700 объёмом 48 ГБ достигает 257 Вт·ч/кг.
Это означает, что при том же объёме аккумулятор 21700 может хранить больше энергии, обеспечивая более длительный срок службы аккумулятора.
Высококачественные аккумуляторы также имеют строгие ограничения по напряжению и току. Например, для аккумуляторов LG задано предельное напряжение разряда 2,5 В и максимальный ток разряда 7,275 А. Такая конструкция эффективно предотвращает переразряд и перегрузку по току, повышая безопасность.
Протокол быстрой зарядки: безопасная защита при высокой мощности
С внедрением протокола быстрой зарядки USB Power Delivery 3.1 (PD3.1) мощность зарядки внешних аккумуляторов значительно увеличилась со 100 Вт до 240 Вт. Это означает более высокую скорость зарядки, но также предъявляет более высокие требования к безопасности.
Протокол PD3.1 добавляет три расширенных уровня мощности: 28 В/5 А (140 Вт), 36 В/5 А (180 Вт) и 48 В/5 А (240 Вт). Основная проблема такой передачи высокой мощности заключается в том, что интерфейс подвержен электростатическому разряду и скачкам напряжения.
Разряд может возникнуть, особенно при горячей замене, при контакте токоведущих проводов интерфейса с системой, что может привести к необратимому повреждению внутренних микросхем.
Для обеспечения безопасности при высокой мощности в высококачественных внешних аккумуляторах используются специализированные защитные решения:
1. Использование специальных защитных компонентов, рассчитанных на рабочие напряжения 28 В, 36 В и 48 В, точно соответствующих уровню PD3.1.
2. Обеспечивает защиту от электростатических разрядов IEC61000-4-2 с защитой от электростатических разрядов напряжением до ±30 кВ и защиту от перенапряжения IEC61000-4-5, выдерживая максимальный ток 8 А.
3. Обеспечивает комплексную защиту критически важных сигнальных линий, таких как CC1/CC2/D+/- интерфейса Type-C вплоть до высоковольтной линии VBUS.
Эти защитные меры гарантируют стабильную работу внешнего аккумулятора даже при зарядке высокой мощности и резких колебаниях напряжения, предотвращая риск возгорания или взрыва из-за скачков напряжения.
BMS: Интеллектуальная система безопасности
BMS (система управления аккумулятором) — это «интеллектуальный мозг» внешнего аккумулятора, играющий важнейшую роль в обеспечении безопасности аккумулятора. Высококачественная BMS должна обладать следующими функциями защиты:
1. Защита от перезаряда/переразряда: если во время зарядки напряжение любого из элементов превышает заданное значение (обычно 4,2 В), BMS отключает цепь зарядки; когда напряжение элемента падает ниже 2,5 В, BMS отключает выключатель разрядки, чтобы остановить разрядку.
2. Защита от перегрузки по току: если ток разрядки слишком высокий, BMS активирует защиту от перегрузки по току, чтобы предотвратить перегрев аккумулятора и возникновение опасной ситуации.
3. Защита от перегрева: если температура аккумулятора превышает безопасный диапазон (например, 55 °C), BMS отключает выключатель защиты от заряда/разрядки до тех пор, пока температура не вернется к норме (например, ниже 50 °C).
4. Управление балансировкой: Система BMS обеспечивает постоянное напряжение каждого элемента аккумуляторной батареи благодаря технологии пассивной или активной балансировки.
5. Многочисленные механизмы контроля безопасности: Расширенная система BMS также оснащена несколькими механизмами безопасности, включая диагностику отключения линии измерения напряжения, контроль высоковольтной изоляции и защиту от короткого замыкания.
Система BMS отслеживает состояние аккумулятора в режиме реального времени и оперативно принимает защитные меры при обнаружении отклонений, действуя как неутомимый защитник безопасности, постоянно обеспечивая безопасность портативного аккумулятора.
Адаптация к окружающей среде: температура играет ключевую роль
Характеристики безопасности портативного аккумулятора тесно связаны с температурой окружающей среды. Высококачественные портативные аккумуляторы обычно рассчитаны на диапазон рабочих температур от -20 ℃ до 60 ℃. Это не произвольная цифра, а научно обоснованный расчет, основанный на химических характеристиках аккумулятора.
В условиях высоких температур повышенная химическая активность внутри аккумулятора может привести к разложению электролита, плавлению сепаратора и даже тепловому разгону. Именно поэтому система управления аккумулятором (BMS) отключает цепь при температуре выше 55°C.
В условиях низких температур внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается, замедляя миграцию литий-ионов. Это не только приводит к снижению ёмкости, но и может привести к отложению лития на поверхности электродов, что может привести к необратимому повреждению аккумулятора.
В высококачественных внешних аккумуляторах используются термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для контроля температуры окружающей среды в режиме реального времени. Как только температура превышает безопасный диапазон, они взаимодействуют с другими компонентами для активации защитного механизма.
Как выбрать безопасный внешний аккумулятор
После изучения факторов безопасности внешних аккумуляторов при покупке следует обратить внимание на следующие моменты:
1. Выбирайте качественные аккумуляторные элементы: отдавайте предпочтение продуктам с элементами известных брендов (таких как LG, Samsung, Lishen и т. д.) и избегайте использования элементов от неизвестных мелких производителей.
2. Обратите внимание на совместимость с протоколами быстрой зарядки: убедитесь, что внешний аккумулятор поддерживает протоколы быстрой зарядки, совместимые с вашим устройством, чтобы избежать аномального перегрева из-за несовместимости протоколов.
3. Проверьте стандарты сертификации: высококачественные внешние аккумуляторы будут четко соответствовать общим характеристикам и требованиям безопасности литий-ионных аккумуляторов.
4. Обратите внимание на диапазон рабочих температур: выбирайте внешний аккумулятор, подходящий для ваших условий эксплуатации. Если вы часто используете его в экстремальных температурных условиях, выбирайте продукт с более широким диапазоном рабочих температур.
5. Выбирайте надежные бренды: продукты известных брендов, как правило, имеют более сложную конструкцию BMS и схемы защиты, а обеспечиваемые ими параметры более точны и надежны.
Заключение
Безопасность внешних аккумуляторов как портативных источников энергии нельзя игнорировать. От высококачественных аккумуляторных элементов LG 21700 до интеллектуальной защиты, поддерживающей протокол быстрой зарядки PD3.1, от многофункциональной системы BMS до широкого температурного диапазона — каждый аспект влияет на конечные показатели безопасности продукта.