摘要：锂电池是目前运用较为广泛的能源之一，其技术优势明显，具有续航强、储量大等特点。而锂电池芯是锂电池中的核心部位，决定着电池的运作状态，需要着重保护。因此部分厂家设计了相应的电池芯保护部位，与多个电池芯组合起来，合称为“PACK”。目前锂电池PACK的应用也十分广泛，在多个行业中都能见到其身影。基于此背景，本文从锂电池PACK的实际应用情况出发，先后介绍锂电池PACK的两大系统，接着介绍锂电池的安全设计要点和使用规范，提出相应的注意事项，以为日常生活中的锂电池安全使用提供参考和借鉴，促进我国锂电池行业的健康发展。 关键词：锂电池芯；锂电池PACK；电池安全设计；电池安全使用
锂电池的应用遍及人们的日常生活，常见的有手机电池、笔记本电池和汽车电池等，经常会与人们保持一个很近的距离，一旦发生什么意外，对人体存在一定的风险，而且近年来也的确发生过锂电池爆炸、自燃，对周围人造成伤害的案例，对此，就需要从目前锂电池以及锂电池PACK的使用进行分析，包括其组成、设计原则和使用规范。 一、锂电池及PACK的基本概况
（一）锂电池PACK的组成部分
锂电池PACK是指多个电池芯和保护板的组合，其目的就是更好地保护电池，使其运作不受干扰，即使发生意外也能最大限度地减少对外的伤害。锂电池PACK中的保护板有过充、过放和过流等防护作用。其中过充指的是通过两层防护来保护内部电池，第一层是充电器的额定输出电压，第二层是保护板及限流片对短路的防范，而过放和过流也是类似的两层防护。 （二）锂电池PACK的两大系统
在锂电池PACK中，主要存在两个运作系统，分别为储能变流器系统 (POWER CONTROL SYSTEM)和电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM），一般简称为PCS和BMS。前者是对电池的充、放电进行控制，在接收到后台的指令后，可根据实际情况对电池发出相应的指令，改变其放电或充电的状态，并且变流器的协助下，实现保护性的充电和放电[1]。后者则是一个辅助性的系统，类似电池管家的角，主要对电池进行实时监测和维护电池组之间的动态平衡，在电池运作期间进行监控，收集其运行数据并反馈到后台，进行智能化对比后停止运行有安全隐患的电池组，确保不出现安全事故。
二、锂电池安全设计要点
（一）多重电池保护机制
锂电池使用过程中最容易出现的问题就是电池过载，在电压过大时电池温度容易激增，电阻随之上升，在没有任何限制的条件下不会停止上升，直到电池承受不了过高的温度而烧毁。对此，在锂电池的设计过程中需要设立多重的保护机制，通过多种方式共同避免锂电池出现损毁的情况。可以采用智能电阻开关元件，根据电池的电阻进行变动，当电压过大，电池的阻值上升时，温度也在不断上升，一旦到达某个临界点，智能电阻就会自动停止供电；也可以将电路设计成特殊的隔板形式，在内部温度达到临界点时，自动溶解，类似于保险丝的警示作用，需要检查出问题并重新更换材料才能是锂电池恢复正常使用。还可以设置标准的安全阀，在电池上方设立一个放气孔，在内部温度过高时，安全阀自动打开，为电池降温，为电池提供更好的保护[2]。
（二）平衡电池体积与风险
一般的锂电池是平衡的，其电池容量与其安全系数成负相关关系。在使用过程中，电池的体积会随着温度的变化而出现热胀冷缩的情况。当温度上升，电池体积增加时，其散热性能就会下降；反之则会有所提高。目前我国对锂电池的安全设计要求分正负极：其中电池正极的
材料膨胀收缩率理论上不得超过6%，负极的材料膨胀收缩率理论上不得超过20%。如此才能将锂电池出现意外损毁的概率控制在百万分之一以下。对此，厂家在设计锂电池时，就需要充分考虑电池的性能及其风险，不能盲目的扩大电池容量，增加其损毁风险。这需要反复的进行实验才能计算出最合适的体积比。
三、锂电池PACK日常安全使用规范
（一）保持适度电量
锂电池PACK在实际生活中的运用较广，人们需要频繁使用带有锂电池等各种设备，比如手机、笔记本电脑、电动车等等，对锂电池的消耗会比较频繁，容易出现电池耗尽的情况。此时，人们需要铭记适度充电的原则，既不能让锂电池的电量过低，也不能过高，将其维持10%-90%之间最为合适。在使用带锂电池的电子产品时，多留意电池电量，可以设置一定的警戒值，在电量消耗至10%或者充到90%时发出提示，并立即开始或停止充电，使得锂电池保持适当的容量，延长其使用寿命。比如在使用外接电源为笔记本电脑供电时，如果电池电量已经超过90%，应立即停止充电，当电池电量接近10%时，应立即进行充电。平时则调整笔记本操作系统的电源选项，设置电量警报区间[3]。
（二）注意充电环境
锂电池PACK对温度的变化较为敏感，其体积和电阻对随着温度的变化而产生较大幅度的变化[4]。一般锂电池的正常运行温度在0-45摄氏度之间，过低或过高都会影响电池性能，进而缩短其使用寿命。因此在日常使用中，应尽量避免将锂电池产品长时间暴露在阳光等高温环境或者冷库等低温环境。另外在充电时一旦感受到电池温度过高，需要及时停止充电行为。另外如果锂电池的充电频率与普通标准有所出入，一天充电次数远远多于标准次数，则可能是电源方面存在问题，电压不稳定，偶尔断电等，需要实际情况实际分析，必要时进行专业检测。
1.
结束语
本文在锂电池不断发展的背景下，从其内部构造，组成系统，设计要点以及使用规范展开分析，现结论如下：第一，锂电池PACK由多个电池芯和保护板组成，主要分为储能变流器系统（PCS）和电池管理系统（BMS）。第二，锂电池安全设计要点主要有多重电池保护机制
和平衡电池体积与风险，需要设计师在生产过程中多加注意。第三，锂电池在日常使用过程中应保持适度电量，注意充电环境。
总而言之，目前我国的锂电池行业发展迅速，占领市场份额不断增加，需要在众中不断进行推广，其质量和品质是当前时期需要着重考虑的任务，相关企业应主打产品的“质”而非“量”，促进锂电池事业健康发展。
参考文献:
[1]黄保帅, 张巍. 基于锂离子电池PACK放电容量影响因素的研究[J]. 电源技术, 2018, v.42;No.339(12):169-171.
[2]楚亚春. 故障树分析在锂电池PACK生产监理中的应用[J]. 名城绘, 2018(3):238-238.
[3]许守平. 故障树分析在锂电池PACK生产监理中的应用[J]. 设备监理, 2017, 000(005):43-46.
[4]纪继坤, 李凤民. 一种锂离子电池PACK生产用接头:, CN205248396U[P].
巩福建 男 1990江苏省新沂市 310000 浙江南都电源动力股份有限公司 大专 中级工程师 锂
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