本安電路中鋰電池設(shè)計要求全套

本安電路中鋰電池設(shè)計要求全套01鋰電池的安全性能要求由于鋰電池自身結(jié)構(gòu)和原理方面的缺陷,在鋰電池發(fā)生外部短路或內(nèi)部短路時,可能會產(chǎn)生幾百安培的過大電流。發(fā)生外部短路時,鋰電池瞬間大電流放電,在內(nèi)阻上消耗大量能量,產(chǎn)生巨大熱量,會引起爆炸;鋰電池過充時,可能會析出金屬鋰,在殼體破裂的情況下,金屬鋰與空氣直接接觸導(dǎo)致其燃燒,同時引燃電解液,發(fā)生強(qiáng)烈火焰,氣體急速膨脹,最終導(dǎo)致爆炸發(fā)生。另外,某些鋰電池若使用不當(dāng),如擠壓、沖擊和進(jìn)水等會導(dǎo)致電池膨脹、變形和開裂,從而導(dǎo)致鋰電池短路,在放電或充電過程放熱引起爆炸事故。對此,多個國家職能部門和國際權(quán)威的產(chǎn)品安全測試機(jī)構(gòu)都制定了嚴(yán)格的鋰電池檢驗規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),如美國安全檢測實驗室公司(UnderwritersLaboratoriesInc.,UL)的UL1642鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)等。針對煤礦安全儀器儀表用鋰電池,我國國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心也制定了煤礦安全儀器儀表用鋰原電池安全標(biāo)志檢驗規(guī)范和煤礦安全儀器儀表用鋰離子蓄電池安全標(biāo)志檢驗規(guī)范,該規(guī)范規(guī)定各生產(chǎn)單位選用(生產(chǎn))的鋰電池應(yīng)符合規(guī)范中的相關(guān)安全性能要求,并取得由國家認(rèn)可的檢測檢驗機(jī)構(gòu)依據(jù)該規(guī)范或安全性能不低于該規(guī)范要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出具的檢測檢驗合格報告。02本安電路中電池和電池組的設(shè)計要求（1）使用電池供電的本安設(shè)備(該設(shè)備在危險區(qū)域使用,并且沒有其它的保護(hù)手段,如隔爆外殼)中,電池應(yīng)具有電解質(zhì)不可能溢出的結(jié)構(gòu)或加以密封,以防止電解質(zhì)損壞本安電路。可排放易燃?xì)怏w的電池盒應(yīng)通風(fēng),以防止易燃?xì)怏w濃度累加。同一電池組中所有的電池應(yīng)具有同一個電化學(xué)系統(tǒng)、同樣的電芯設(shè)計和額定容量,并由同一個制造商生產(chǎn)。同一個電池組不能混合使用原電池和充電電池。在一個本安設(shè)備內(nèi)部,嚴(yán)禁隨意互換原電池和可充電電池(電池組)。原電池不得充電,如該設(shè)備內(nèi)部存在另一個電壓源可能和原電池互連,應(yīng)采取預(yù)防措施,以防止充電電流通過原電池。在電池組需要使用限流器件保護(hù)其自身安全,且電池組擬在爆炸性環(huán)境使用并更換時,電池組應(yīng)與限流器件通過澆封等方法構(gòu)成一個可整體替換的組件,該組件應(yīng)能通過GB3836.1-2000中規(guī)定的跌落試驗;如不在爆炸性危險環(huán)境場所更換電池或電池組時,還可以將電池或電池組安置在一個具有GB3836.1-2000規(guī)定的特殊緊固件腔體內(nèi),并符合以下要求:電池或電池組支架或與設(shè)備連接方式應(yīng)設(shè)計成在安裝和更換時不會降低設(shè)備的本安性能的結(jié)構(gòu);對于手持式電氣設(shè)備或處于待機(jī)狀態(tài)的攜帶式電氣設(shè)備,應(yīng)承受GB3836.1-2000中規(guī)定的跌落試驗;設(shè)備應(yīng)具有符合GB3836.1-2000規(guī)定的警告標(biāo)志,如在爆炸性環(huán)境中不得拆卸電池或電池組，對于帶外部充電觸點(diǎn)的可充電電池或電池組應(yīng)采取措施防止短路或防止單體電池和電池組向觸點(diǎn)釋放足以點(diǎn)燃火花的能量。注意應(yīng)使用規(guī)定的電池組充電器充電,或用適當(dāng)額定值的熔斷器和阻塞用二極管、可靠限流電阻等保護(hù)電路。(2)應(yīng)依據(jù)GB3836.4-2000附錄A中的表A1,限制電池及電池組的能量。在設(shè)計電路參數(shù)時,電池電壓可取表1中對火花點(diǎn)燃危險評定的峰值開路電壓值。如果電池及電池組的最大短路電流小于GB3836.4-2000附錄A中的表A1中相應(yīng)防爆等級1.5倍安全系數(shù)欄中所對應(yīng)的最小點(diǎn)燃電流值,可直接作為電路供電電源使用。如果電池及電池組的最大短路電流大于最小點(diǎn)燃電流值,應(yīng)在電池中串聯(lián)限流器件。需要注意的是,當(dāng)電池和電池組不適用表1時,則應(yīng)按GB3836.4-2000第10.9條規(guī)定的試驗來測定最高開路電壓。根據(jù)IEC60079-11:2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,如果本安設(shè)備內(nèi)置不允許在爆炸性氣體環(huán)境中更換的電池,當(dāng)滿足下列條件時,可以不要求在電池的端子處進(jìn)行火花點(diǎn)燃放電試驗:單節(jié)電池的峰值開路電壓小于4.5V;電池端子處的最大電壓和瞬態(tài)電流的乘積不超過33W。上述放寬條件的理由是4.5V的電壓太低,在缺少電感的情況下不能觸發(fā)電弧,并且在考慮1.5倍安全系數(shù)時,IEC60079-11:2006附錄A中電阻電路曲線允許的電壓和電流的乘積達(dá)到33W。03本安電路電池設(shè)計中的常見問題及對策(1)電池保護(hù)元件位置不對。如對于需要限制能量元件的電池,限流電阻和保險絲應(yīng)盡可能靠近電池終端。這些元件和電池應(yīng)通過封裝或其它方法構(gòu)成一個可以成套替換的集成保護(hù)單元。(2)大多數(shù)電池供應(yīng)商會提供標(biāo)準(zhǔn)電池拆封套管,但該套管太薄,不能滿足GB3836.4-2000中表4的相鄰電池間固體絕緣最小距離為0.5mm的要求。使用該種薄套管時,很可能由于間隔不夠造成電池正負(fù)極間直接短路,使得限流元件失效。所以電池設(shè)計圖紙中應(yīng)明確指定最小厚度為0.25mm的套管,使2個相鄰電池間套管的絕緣厚度達(dá)到0.5mm。(3)在電池正、負(fù)極之間存在環(huán)狀的絕緣體,該絕緣體提供了符合GB3836.4-2000中規(guī)定的0.5mm隔離厚度的一部分。如果沒有這種絕緣體,那么正負(fù)極上間距就有問題,容易造成電池短路。04本安電路中鋰電池的設(shè)計要求考慮到鋰電池在某些情況下爆炸的可能性較大,建議對鋰電池有更嚴(yán)格的本安要求,即取消用戶可替換的鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計,而設(shè)計為只能由專業(yè)技術(shù)人員替換的結(jié)構(gòu)。鋰電池應(yīng)焊接或者封裝在PCB板上,或設(shè)置在密封外殼或熱收縮包裝內(nèi),這樣做的目的是防止用戶自己更換鋰電池。同時在鋰電池上或使用鋰電池供電的設(shè)備貼上標(biāo)牌,警告用戶不得擅自更換電池。用于本安設(shè)備的鋰電池,即使其已經(jīng)通過了一些檢測機(jī)構(gòu)的安全性能測試,仍需要進(jìn)行本安火花試驗,檢測其是否符合本安要求,例如若本安電路中除了鋰電池,還有另一個電源供電,該電源產(chǎn)生的電流可能進(jìn)入鋰電池。此時按GB3836.4-2000要求,鋰電池應(yīng)該能在1.5倍的最大電路故障電壓和電流下不會產(chǎn)生爆炸或造成火災(zāi)。為了避免上述可能發(fā)生的爆炸,并建立符合要求的本安輸出,對鋰電池一般作以下要求(所有的保護(hù)元件應(yīng)與鋰電池封裝為一體或通過其它方法形成一個防篡改的集成塊):(1)在鋰電池的輸出端加合適的限流電阻,以確保鋰電池的輸出具有本安特性;(2)使用2個阻塞二極管加限流電阻,防止回充電電流從其它電源進(jìn)入鋰電池;(3)若在本安電路設(shè)計中存在可以產(chǎn)生輔助電流的倒極性電源,可在限流電阻和阻塞二極管后面的鋰電池輸出端再連接2個并聯(lián)二極管用來分流。05電池供電的本安型設(shè)備的使用和維護(hù)要求在危險場所安裝、使用和維護(hù)本安設(shè)備時,必須保持本安電路原設(shè)計狀態(tài)下的電氣