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电池表面温度的保护方法

 众所周知, 电池在便携式电子产品中应用相当广泛。对于便携式电子产品在应用到爆炸性气体环境中, 其最高表面温度至关重要。在电池短路的情况下表面温度完全有可能点燃周围的爆炸性气体环境而引发爆炸事故。文章提出一种如何保护电池在故障或正常工
作情况下的最高表面温度使其不能点燃周围的爆炸性气体环境的方法。

组成及工作原理
便携式电子产品通常使用电池供电, 对于应用于爆炸性气体环境的电气设备应符合GB 3836系列标准。通常, 电池供电的电子设备多采用/ 本质安全型0防爆型式, 电池作为产品的关键元器件在防爆认证过程中至关重要, 在故障状态下, 往往电池的最高表面温度取决于使用环境的温度组别。不同的温度组别对防爆产品的最高表面温度要求如表1 所示。


不同类型的电池短路时的最高表面温度也不同。如金属纽扣电池在短路时, 最高表面温度也不会超过90 e ; 普通的5 号碱性电池性能好的在短路时, 最高表面温度可超过130 e ; 而镍氢充电电池根据容量不同, 短路时的最高表面温度可超过150 e ; 目前, 最常用的锂电池短路时的最高表面温度可超过200 e 以上。通常, 锂电池内部具有过电流保护器件( 电路) , 从安全防爆的角度出发, 这种保护不作为可靠性元件处理, 也就是说:在进行最高表面温度测试时认为保护元件失效。从表1 可以看出, 对锂电池供电的电子产品在做
本安型防爆认证时, 其温度组别应为T3 或T4。
为了提高锂电池的温度组别, 在锂电池的外表面粘贴温度保护器件( 可靠的双金属温度开关或半导体温度开关) , 如图1 所示。
在图1 中, 使用传热胶将温度开关( 2) 可靠固定在锂电池的金属表面, 温度开关采用双重化或三重化串联连接后将其串联在电池引出电极( 3) 和锂电池组的正极, 锂电池组的负极直接连接在电池引出电极( 4) 。等效电路如图2 所示。


电路中, 锂电池的输出电路中串联三个( 三重化) 温度开关, 只要其中任何一个开关动作, 均切断电池的供电。温度开关紧贴电池的金属壳表面, 确保电池的最高表面温度不会超过温度组别的要求。假如温度开关被确认为电路的可靠元件, 同时满足相应标准规定的其他要求, 该方案可认证ia 的防爆等级, 可用于危险场所的0、1、2区。
温度开关选择的动作温度为70 e , 适用的温度组别可提高至T6 组。通常的温度开关可选择具有可靠功能的小体积双金属温度型温度开关或半导体( PT) 材料的温度开关, 半导体材料的温度开关特性稍差, 正常工作状态的导通电阻较大, 但体积小。

下面给出两种温度开关的电阻特性, 如图3所示。


结束语
本文提出的电池过温保护方法, 目的在于合理控制便携式电子产品的温度组别。该技术的推广应用还需进一步的探讨, 其关键在于所使用的过温保护器件的可靠性, 及其在国家标准或IEC等国际标准中对可靠元件的认可。随着科学技术的发展, 元件的可靠性不断提高, 相信会有更多的元件作为本质安全的可靠性元件被广泛应用。


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