东莞市捷东试验设备有限公司

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电池安全性能测试

东莞市捷东试验设备有限公司 发布时间:2020/11/20 10:58:26

 1. 概述

 

1.1 范围

 

          本国际标准规定了便携式密封式二次电池包括碱性的或非酸性电解液电池芯和电池(不包含

扣式电池)在正常使用和可能的误操作下的安全性要求和试验方法。

 

1.2 引用标准

 

   下列标准化文件所包含的条文,通过在本国际标准的引用而构成本标准的条文,有时效规定的引用,引用标准在本标准颁布后的改编、修正版不在引用之列。当然本国际标准制定委员会鼓励去探讨引用下列所示标准最新版本的可能性。无时效的引用,最新版本的内容将被采用。IECISO委员将继续登记最新的有效的国际标准。

 

IEC  60285   碱性二次电池芯和电池——密封式镍镉圆柱型可充单个电池芯

IEC  60664(全部章节)有低压系统的设备的绝缘配置

IEC  61436   二次电池芯和电池包括碱性或非酸性电解液电池——

              密封式镍氢可充单个电池芯

IEC  61440   二次电池包括碱性或非酸性电解液电池——

             密封式镍镉小棱形可充单个电池芯

IEC  61809   二次电池包括碱性或非酸性电解液电池——

             便携式密封式碱性二次电池芯和电池安全要求

IEC  61951-1 二次电池包括碱性或非酸性电解液电池——

             便携式密封可充电电池芯部分:镍—镉电池

IEC  61951-2 二次电池包括碱性或非酸性电解液电池——

             便携式密封可充电电池芯部分:镍氢电池

IEC  61960-1 and 61960-2  便携式二次锂电池芯和电池

1. 二次锂电池芯

2. 二次锂电池

 

1. 3定义  

 

   本国际标准采用的IEC60050-486IEC/ISO导则5.1  的术语和下列概念。

 

131安全性

        不会发生不可接受的危险

 

132危险

        包括发生伤害的可能性和伤害的严重性

 

133伤害

        包括人身伤害,对人类健康的危害,对财产的损害及对环境的破坏

 

134隐患

         发生伤害的潜在的源由

 

135正常使用

        产品的使用过程和服务完全按供应商所提供的规格和使用说明书和文件执行

 

136可能发生的误操作

        产品使用不当,没按供应商的要求做,但可能是人类习惯行为导致的结果

 

137二次电池芯

        厂家生产出来的电能和化学能转化的基本单元,包含电极、隔膜、电解液、电池壳、接线终端

        

138二次电池

        二次电池芯的装配体:有它自己的电压、尺寸、终端设计、容量和额定功能

 

139漏液

        目测可见的电解液液体的渗出

 

1310 泄放

        电池芯或电池内部过剩压力在设计的安全阀处释放造成的破裂或爆炸

 

1311破裂

       由于内部或外面的原因,电池芯的壳或电池壳发生机械破坏,导致爆炸或漏液

 

1312爆炸

       电池壳炸裂,主要元件猛然冲出来的现象

 

1313起火

       电池芯或电池喷射出火焰

 

1314便携式电池

       安装在手提式用具上的电池

 

1315便携式电池芯

         可以装配到便携式电池上的电池芯

 

1316额定容量

         生产厂标明的 C5Ah (安时)容量,是指电池在规定条件下,充电、储存、放电后,在20

0.2ItA的参考试验电流放电到终止电压1.0V所释放的放电容量

 

 

 

1. 4  参数测量公差

 

      对于所有的规定的参数或实际参数的精度控制和测量值,都应满足下列公差:

 

                   a±1%——电压

                   b)±1%——电流

                   c)±2℃——温度

                   d)±0.1%——时间

                   e)±1%——尺寸

                   f)±1%——容量

 

        这些公差包含系统误差和人为误差。

        建议选择使用仪器参看IEC 60051模拟仪器 IEC  60485数字式仪器。使用仪

      器的详细资料应在实验结果报告中体现。

 

 

2. 一般性的安全考虑:

 

      二次电芯和电池的安全要求主要从两个使用条件下考虑

 

a) 正常使用

b) 可能发生的误操作。

 

     设计制造电池芯和电池必须考虑在这两种条件下的安全性。我们希望电池芯和电池被误操作时只产生功能上故障,而决不会引发伤害。我们也希望电池芯和电池被正常使用时不仅仅安全而且各功能正常持久。

 

本标准所指的可能的伤害包括:

 

a) 起火

b) 破裂/爆炸

c) 电解液漏液

d) 泄放

e) 非常高的外表温度的烫伤

f) 电池裂开导致内部物质会外露

 

2.1 2.6 由检查部门确认,实验方法遵照 4.,参考1.2中的适当标准。

 

2.1 绝缘与配线

 

     电池正极终端与电池的金属外壳之间的绝缘电阻在500V电压下测量应大于5MW,除非有连通。

     内部配线和它的绝缘应充分满足预计的电流、电压和温度的要求。配线的定位应充分保证清楚并与连接器保持足够的漏电间距(参看IEC 60664 )。内部连接的机械完整性应充分满足可能发生的误操作的安全要求。

 

2.2 泄放

 

    电池应设计一个减压阀或减轻内部过高压力的机构以一定限度地排除电池开裂、爆炸或自燃的现象。如果电池有外部包装,包装的形式和包装的方式在正常作业过程中不应引发电池过热,也不应约束压力的减轻。

 

2.3 温度/电流管理

 

电池的设计应能防止电池温度的不正常上升的情况。

注意:必要时充电放电的时候设定安全限流。

 

2.4 终端连接

   

    在电池的外表面应清楚地表明终端的极性。终端的尺寸大小和形状应能保证承载预期的电流。外部终端接触表面应采用机械性能良好并耐腐蚀的材料。终端应设计成最不可能发生短路的式样。

 

2.5 电池芯装配成电池

   

电池芯和装配的电池应容量紧密匹配,结构相同,化学成分相同,并且是同一厂家生产的。有些电池被设计成只能串联使用。结果这些电池的放电不平稳。这些电池应组成隔断电路以阻止电池反向。

 

2.6 品质计划

 

生产厂家应制定一个全面的品质管理计划来确定原材料检验、材料成分检测、电池检测的过程。这个计划应覆盖每一种型号的电池的整个生产过程。

 

 

3. 型式实验条件:

 

型式实验所使用的电池芯或电池的数量见表1规定。所用电池芯或电池必须是刚刚生产出来3个月以内的电池。除非有特殊规定,实验在20℃±5℃的周围温度下进行。

 

注:次条件仅为型式实验条件,不指正常使用条件。同样的,三个月的限制也是考虑实验的一贯性,

而不表示电池三个月后安全性会下降。

 

1   型式实验样品数量

 

实   验

电   芯

电  池

4.2.1

5

-

4.2.2

5

5

4.2.3.

-

3

4.2.4

5

5

4.3.1

5/ 4

-

4.3.2

5/温度

5/温度

4.3.3

3

3

1.3.4

5

5

1.3.5

5

-

4.3.6

5

-

4.3.7

3

-

4.3.8

5

5

4.3.9

5

-

4.3.10

5

-

4.3.11

5

-

 

4. 规格要求和实验方法:

 

41实验电池充电方法:

 

除非标准中另外说明,实验电池充电在20℃±5℃的温度下,按生产厂规定方式进行。

充电前,电池要在20℃±5℃的温度下恒流放电(0.2ItA)到终止电压。

 

 

警告:如果不采取适当的保护措施,这些型式实验过程可能会造成伤害,实验

       只能是有资格的有经验的技师在适当的保护措施下进行

 

4.2正常使用的安全要求

 

421连续低倍率充电

a) 要求:持续的低倍率充电不会引发着火或爆炸。

b) 实验方法:已充满电的电池芯以生产厂规定的低倍率电流继续充电28天。

c) 可接受的标准:

       镍电池——不起火、不爆炸。

       锂电池——不起火、不爆炸、不漏液。

 

422振动

        a)要求:运输过程中遭受到振动时不应引起漏液、起火、或爆炸。

        b)实验方法:已充满电的电池芯或电池在下述实验条件下按表2顺序进行振动实验。振

                    动源单振幅0.76mm (双振幅1.52mm), 频率变化率1Hz/min, 频率范围10Hz

                    55Hz,往返振动90±5min。振动源可提供三个互相垂直方向上的振动,

                    顺序按下面要求:

                     1)检测待实验的已充电电池的电压在规定状态下。

                     2)—(4)按表2规定施加振动。

                     5)电池芯放置1小时,然后作外观检查。

        C)可接受标准:不起火、不爆炸、不漏液。

 

                          2  振动实验条件

步 骤

保持时间

hr

振动时间(min

外观检查

1

-

-

预检测

2

-

90 ± 5

-

3

-

90 ± 5

-

4

-

90 ± 5

-

5

1

-

之后检测

 

 

4.2.3高温性能

       

a) 要求:在高温条件下使用,电池内部的成分不应暴露出来。

b) 实验方法:已充满电的电池放在一个适度高温下,检测其完整性。电池放在一个空气流通的70℃±2℃干燥箱中,保持7小时,然后取出放在室温条件下。

c) 可接受标准:电池壳没有由于内部成分的外露而发生的物理形变。

 

4.2.4温度循环:

 

 a) 要求:在高温、低温的反复中不应起火、或爆炸。

 b) 实验方法:已充满电的电池芯或电池放在一个可强制调温的恒温箱中,按下列程序做 -20℃ 到 +75℃ 的温度循环。

(1) 75℃±2℃的恒温箱中放置4h。

(2) 30分钟内使恒温箱的温度降到20℃±5℃,并在此温度下保持最少2小时。

(3) 30分钟内使恒温箱的温度降到 -20℃±2℃,并在此温度下保持4小时。

(4) 30分钟内使恒温箱的温度降到20℃±5℃,并在此温度下保持最少2小时。

(5) 再重复1—4的动作做4个循环。

(6) 5次循环完成后,电池保存7天再作检测。

       注意:这个实验可以在一个可调温的恒温箱中进行,也可以在三个不同温度的恒温箱之间进行。

     c)可接受标准:不起火、不爆炸、不漏液。

 

()

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

(Hr)

                  1:温度循环实验(1次循环)温度曲线

 

4.3 可能发生误操作的要求

 

4.3.1电芯不正确的安装(镍系列)

 

4.3.2外部短路

 

a) 要求:正负极终端短接应不产生起火、爆炸。

b) 实验方法:两套已充满电电池分别在20℃±5℃和55℃±5℃存放。然后,用内阻小于100mΩ的连线短接各个电池的正负极终端。短接后,保持24小时,或直到电池表面温度以上升速度的20%下降为止。

c) 可接受标准:不起火、不爆炸。

 

4.3.3自由跌落

 

a) 要求:电池的跌落(例:从1个登子的上部)不应引起着火或爆炸。

b) 实验方法:每个已充满电的电池从1米高处自由跌落到水泥地面3次,电池以任意方式落地。

c)  可接受标准:不起火、不爆炸。

 

4.3.4机械碰撞实验

 

a) 要求:电池在处理和运输过程中遭遇碰撞时应不起火、不爆炸、不漏液。

b) 实验方法:已充满电电池被放入一个各个内壁表面都有刚性表面坚持且内壁可移动的实验机中,电池承受三个方向相同大小的重力的碰撞。三个碰撞方向互相垂直,如果电池只有两个对称轴,只作两个方向的碰撞。

      每次碰撞均垂直于电池表面,并且带有加速度。加速方向为最初3毫秒的平均加速度

最小值为75gn,加速度应在125gn and 175gn之间。实验温度20℃±5℃。

c)  可接受标准:不起火、不爆炸、不漏液。

 

4.3.5过热性能

 

a) 要求:极端的高温下不应起火或爆炸。

b) 实验方法:室温下稳定的、已充满电的电池芯,放到一个重力对流或空气循环的干燥箱中加热。烘箱的温度要以每分钟5℃±2℃的速率上升到130℃±2℃,电池芯在此温度下保持10min,直到实验不再继续。

c) 可接受标准:不起火、不爆炸。

 

4.3.6电池芯挤压试验

 

a) 要求:电池芯在剧烈的挤压中不应起火,或爆炸。  (比如:垃圾粉碎处理中)  

b) 实验方法:已充满电的电池芯被放在两平行平板间进行挤压,水平撞击施加力为13kN±1kN。撞击以最不利的方式进行。一旦达到压力或压力突然下降正常值的1/3,即可卸压。

       圆柱形或棱形电池芯要使其纵轴平行于挤压装置的平面承受挤压。棱形电池芯还要另取电池芯,绕其从轴旋转90°放置,以便使其宽侧面和窄侧面都能承受挤压力。

         c) 可接受标准:不起火、不爆炸。

 

437低压性能

 

        a)要求:低压情况下(如:航空货物运输中)不应起火或 爆炸。

        b) 实验方法:已充满电的电池放在一个环境温度为20℃±5℃ 下的真空干燥箱

           中,抽真空到小于11.6Kpa(相当于海拔15240米)后保持6小时。

        C)可接受标准:不起火、不爆炸、不漏液。

 

438过充(镍系统)

 

439锂电池过充性能

 

a) 要求:长时间以高于生产厂规定的倍率充电,不应起火、爆炸。  

b) 实验方法:电池芯按IEC  61960-1的描述放电,然后用一个10V的电源,以生产厂推

    荐的 Irec  电流充电2.5C5/Irec小时。

c) 可接受标准:不起火、不爆炸。

 

4310强制放电

 

        a 要求:电池组合使用应能承受住电池反向充电,不起火、不爆炸。

        b)  实验方法:已放电的电池应能承受反向ItA充电90分钟。

c) 可接受标准:不起火、不爆炸。

 

4311高倍率充电保护(只针对锂电池)

 

        a)要求:如果充电器发生故障或电池包装内过流,应不起火或爆炸。         

        b) 实验方法:电池芯按IEC  61960-1描述放电后,再用生产厂推荐的充电电流的3倍电流充

           电,直到电池芯充满电或安全装置自动切断充电电流为止。

d) 可接受标准:不起火、不爆炸。

 

5. 安全指示:

 

6. 标识:

 

61电池芯标识:

         电芯应按下列适当的电芯标准规定标识:IEC  60285IEC 61436IEC 61440IEC 61951-1

IEC  61952-2IEC  61960-1IEC  60960-2

检查确认一致性。

 

62电池标识:

         电池应和它装配用的电池芯一样标识,应6.1规定,并且附加适当的警告声明。

检查确认标识的一致性

 

63其它内容:

下列内容应在电池上标识:

     合适的使用指导

      建议充电说明

检查确认标识和厂家文件的一致性

 

7. 包装:

       包装应能防止运输、处理、堆放时发生机械损伤。包装材料和包装盒设计应严密能防止无意中产生的电传导的延续,防止终端的腐蚀,和湿气的进入。

 

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