锂电池使用和设计的五大禁忌：高低温、大电流、保护板、外围线路等
前面的文章讲了不少电池的分类和特性。今天讲讲电池怎么用。
前文在这里：常用电池 种类大全 和 参数详解
小小的电池储存了很多能量，电池能量一旦剧烈释放，起火或爆炸在所难免。
如果使用不当，iPhone X 也不能幸免。
这也就是为什么飞机上不允许托运锂电池，随身携带的锂电池也有容量限制，不能超过100瓦时。
↑ 图：锂电池，剧烈燃烧
↑ 图： 起火的手机电池
锂电池本身会提示很多事情不能做，例如不能刺穿、不能用火烤，不能短路，这些大家都很熟悉了。
对于消费者来讲，保证安全的首要因素是：别买山寨产品！
↑ 图： 锂电池使用禁忌
↑ 图：电池起火的特斯拉
！锂电池应用和设计的五大禁忌！
对于硬件工程师来讲，还有很多关于锂电池的硬件设计禁忌，需要硬件工程师牢记在心。这些都有可能引起电池故障。
自己设计的产品到了客户手上起火爆炸了，等着被老板和客户砍吧。
当然，设计iPhone的工程师都是资深工程师，肯定不会犯这些错误的。这些设计准则是手机圈不宣的公开秘密。
一、低温或高温充电，很危险
低于零度对锂电池充电，会导致锂电池电解质中的锂金属析出，就是从液态变成了固态，像针一样，刺破电池中的绝缘隔膜，导致电池内部短路。短路的结果自然就是发热起火。
高温充电，如果充电电流过大，电池内部温度升高，电解质汽化，就可能鼓包、甚至爆炸。
↑ 图：鼓包的锂电池
因此电池的温度保护非常重要，设计的时候必须要预留温度检测手段，至少要在电池上有一个NTC电阻，用来测试电池温度，根据不同的温度选择不同的充电电流，温度过低或者过高的时候关闭充电。
某些山寨产品，使用只有2根线的电池包，就是省略了NTC电阻。实际应用中有不小的危险性。
↑ 图：锂电池不同温度下的推荐充电电流和电压
从图上可以看出来，温度降低到10℃以下，就应当减小充电电流到20%-50%。温度低于0℃的时候，就应当关闭充电。温度升高到45℃以上，就应当减小充电电压，温度超过60℃时，就应当关闭充电。
这段时间爆出来的iPhone会被冻死，低温不能充电等等，很大一方面是因为上述的原因。
二、缺少电池保护电路，很危险
锂电池电芯本身是没有任何防护作用的，短路后就会起火，必须要增加电池保护电路。如下图红框内的电池保护板。
↑ 图：左：有保护板的电池。 右：无保护板的电池（电芯）。
对于智能硬件产品设计，如果选择了没有自带电池保护板的电池，一定要在产品电路板上增加电池保护电路，避免因短路、过充、过放、高低温等极限状态下导致电池鼓包甚至起火燃烧。
↑ 图：左：不带保护板的18650电池。右：带保护板的18650电池。
很多产品选择使用18650电池，标准件、容量大、易采购，但是要区分带不带电池保护电路，在硬件设计的时候也要格外注意，尽量增加硬件保护电路。
三、充电和放电电流过大，很危险
前面的文章讲过，锂电池的推荐充电电流是1C，最大不超过2C，即充电电流不超过电池容量的两倍。
对锂电池进行超过2C的充电，会严重缩短电池寿命，很容易造成鼓包，乃至起火燃烧。
对锂电池进行大电流放电，电池容易发热，也有较大的危险性。
因此硬件工程师设计电池和充电电路的时候，一定要做好匹配，例如不能给500mAh的电池进行2A充电（4C充电），也不应当对500mAh的电池进行3A以上的持续放电（6C放电）。
如果硬件系统工作的确需要这么大的电流，一定要使用更大容量的电池。
对于两块电池的iPhone X，已经足以满足4G+摄像头+AR游戏这样的超大功耗场景了。
iPhone X还支持快速充电，但是所有的快速充电都是前面快后面慢，不能长时间2C充电，主要也是为了防止电池过充爆炸。
↑ 图：1CC（1C Charge）充电曲线
四、使用劣质电芯，很危险
锂电池制作工艺已经是成熟的技术，大量锂电池厂家充斥于沿海各个工业区，这些厂家制作的锂电池的工艺水平良莠不齐，电解液的品质、隔膜的绝缘度、压合的工艺等，都可能会对锂电池的质量造成影响。
锂电池出厂时都会做老化测试，劣质厂家可能会缩短测试时间，甚至把次品直接拿出来卖，很容易引起质量事故。
三星S7系列手机，饱受电池起火事件的影响，最终导致直接退市，损失极为严重。一线大厂的电池尚有品质事故，小厂电芯出问题的概率会更大。
因此，硬件工程师应当选择知名厂家的电池和电芯，并在电路设计上不要太极限，才能让产品不因电池而出问题。
↑ 图： 各种杂牌电池
五、供电线路电容电压选择过低
电池用来供电，供电就需要稳压电容，电容如果选择的耐压值过低，被击穿了，就会短路。电容短路就会导致电池短路、电池起火等事故。
单颗锂电池最高电压一般在4.2V-4.35V（标称3.7V和3.8V），常用的钽电容和电解电容的耐压值最小在6.3V，勉强能用。
但是很多场景下锂电池是串联使用的，例如对讲机的两块电池串联，标称电压7.4V，实际满电电压最高可达8.4V。笔记本电脑有些用三块电池串联，标称电压11.4V，实际满电电压可达13V。如果还使用6.3V的电容，必定会被击穿。
↑ 图：6.3V耐压值的电容，不能用在锂电池上！
通常电路设计的时候，钽电容和电解电容要预留2倍耐压值，即最高4.2V的电池要用10V的电容，最高13V的电池要用25V的电容。
电容耐压值低于2倍使用，都有一定的风险。需要硬件工程师特别注意根据电池电压进行元器件选型。
原文来自燚智能硬件开发网（燚，yi）
燚智能周教授，用最简单语言告诉你智能硬件设计的那些事。
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