GB 40165-2021 英文版(www.GB-GBT.cn): Lithium ion cells and batteries used in stationary electronic equipments -- Safety technical specification
GB 40165-2021: 固定式电子设备用锂离子电池和电池组 安全技术规范
1 范围
本标准规定了固定式电子设备用锂离子电池和电池组的安全要求,以及试验方法。
本标准适用于固定式电子设备用锂离子电池和电池组(以下简称为电池和电池组)。其中固定式电子设备包括:
a) 固定式信息技术设备(IT设备);
b) 固定式音视频设备(AV设备)及类似设备;
c) 固定式通信技术设备(CT设备);
d) 固定式测量控制和实验室电子设备及类似设备。
注:上述列举的固定式电子设备并未包括所有的设备,因此未列出的设备也可能包含在本标准的范围内。
本标准还适用于不间断电源 (UPS)、应急电源(EPS)等用锂离子电池和电池组。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2423.5 环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
GB/T 2423.10 环境试验 第2部分:试验方法 试验Fc:振动(正弦)
GB/T 2423.21 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验 M:低气压
GB/T 2423.22 环境试验 第2部分:试验方法 试验N:温度变化
GB 4943.1-2011 信息技术设备 安全 第1部分:通用要求
GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1[锂离子]电池
依靠锂离子在正极和负极之间移动实现化学能与电能相互转化的装置,并被设计成可充电。
注:该装置通常包括电极、隔膜、电解质、容器和端子等。
3.2大型锂离子电池
总质量超过500g的锂离子电池。
注:该术语在本标准中简称为大型电池。
3.3电池并联块
多个电池并联在一起的配置,可能有也可能没有保护装置[如熔断器或正温度系数热敏电阻(PTC)]和监控电路。
注:由于它尚未安装外壳、终端装置和电子控制装置,因而还不能使用。
3.4模块
多个电池串联或并联在一起的配置,可能有也可能没有保护装置[如熔断器或正温度系数热敏电阻(PTC)]和监控电路。
3.5电池组
由一个或多个电池或模块电气联接的能量存储装置。
注1:它可以包括给电池组系统提供信息(如电池电压)的保护和监控装置。
注2:它可以包含由终端或其他互联装置提供的保护罩。
注3:改写IEC 62619:2017,定义3.10。
3.6电池组系统
由一个或多个电池,模块或电池组组成的系统。
3.7大型锂离子电池组
总质量超过12kg的锂离子电池组。
3.8电池管理系统
与电池组相连的,在过充、过流、过放以及过热下能够切断电路的电子系统,用来监控和(或)管理电池组的状态,计算二次数据、报告数据和(或)控制环境以影响电池组的安全、性能和(或)使用寿命。
BMS的功能可能分配给电池组或使用电池组的设备。
3.9固定式电子设备
固定式电子产品
预定不可由使用人员经常携带的电子设备。
4 试验条件
4.1 试验的适用性
只有涉及安全性时才进行本标准规定的试验。
在标准内容约定某一类电池或电池组因为产品的设计、结构、功能上的制约而明确对该产品的试验不适用时,可不进行该试验。如因受产品设计、构造或功能上的制约而无法对电池或电池组进行试验,而这种试验又必须实施时,可连同使用该电池或电池组的电子设备、该电子设备附属的充电器或构成该电子设备一部分的零部件,与电池或电池组一起进行相关试验。
注:固定式电子设备及其附带的充电器或者构成其一部分的零部件来自该电池或电池组的制造商或者电子设备的制造商,并由该制造商提供操作说明。
除非另有规定,测试完成后的样品不要求还能正常使用。
4.2 试验的环境条件
除非另有规定,试验一般在下列条件下进行:
a) 温度:20℃±5℃;
b) 相对湿度:不大于75%;
c) 气压:86kPa~106kPa。
4.3 参数测量公差
相对于规定值或实际值,所有控制值或测量值的准确度应限定在下述公差范围内:
a) 电压:±1%;
b) 电流:±1%;
c) 温度:±2℃;
d) 时间:±0.1%;
e) 容量:±1%;
f) 高度:±1%;
g) 质量:±1%。
上述公差包含了所用测量仪器的准确度、所采用的测试方法以及测试过程中引入的所有其他误差。
4.4 温度测量方法
采用热电偶法测量样品的表面温度。温度测试点选取温度最高点作为试验判定依据。
4.5 测试用充放电程序
4.5.1 测试用充电程序
样品按照制造商规定的方法进行充电。
注:在充电前样品先按照制造商规定的方法放电至放电终止电压。
4.5.2 测试用放电程序
样品依照制造商规定的电流进行恒流放电至放电终止电压。
4.6 型式试验
4.6.1 样品的要求
除非另有规定,被测试样品应是客户将要接受的产品的代表性样品,包括小批量试产样品或是准备向客户交货的产品。
若试验需要引入导线测试或连接时,引入导线测试或连接产生的总电阻应小于20mΩ。
4.6.2 样品的数量
除特殊说明外,每个试验项目的电池样品为3个,电池组样品为1个。
4.6.3 电池样品容量测试
电池样品的实际容量应大于或等于其额定容量,否则不能作为型式试验的典型样品。
电池先按照4.5.1规定的充电程序充满电,搁置10min,再按照4.5.2规定的放电程序放电,放电时所提供的容量即为电池的实际容量。
当对容量测试结果有异议时,可依据23℃±2℃的环境温度作为仲裁条件重新测试。
4.6.4 样品的预处理
电池或电池组按照4.5规定的充放电程序进行两个充放电循环,充放电程序之间电池搁置10min,电池组搁置30min。
4.6.6 试验顺序
电池和电池组试验顺序见附录A。
4.6.7 试验判据
某项试验的受试样品全部测试合格,判定该项试验合格。
5 一般安全要求
5.1 一般安全性的考虑
电池和电池组的安全性从下列两种应用条件加以考虑:
a) 预期使用;
b) 合理可预见误用或滥用以及故障条件。
5.2 安全工作参数
为确保电池和电池组在不同条件下的使用安全,应规定其安全工作条件,包括温度范围、电压范围和电流范围等参数。由于电池材料体系和结构的差异,其安全工作参数值可能不同。
5.3 标识和警示说明
5.3.1 标识要求
应使用中文至少标明以下标识:
---产品名称、型号;
---额定容量、标称电压、充电限制电压;
---正负极性,使用“正、负”字样或“+、-”符号表示;
---制造商或商标。
对于电池组,以上标识均应在本体上标明。
对于电池,额定容量、型号和正负极性应在本体上标明,其余标识允许在包装或说明书上标明。
目测检查被测电池和电池组的标识,应符合以上要求。
5.3.2 警示说明
电池组的本体上应有中文警示说明,例如:
禁止拆解、撞击、挤压或投入火中
若出现严重鼓胀,切勿继续使用
切勿置于高温环境中
目测检查被测电池组的警示说明,应符合以上要求。
5.3.3 耐久性
电池组本体上的标识和警示说明应清晰可辨。
本标准所要求的任何标识和警示说明应是耐久的和醒目的。在考虑其耐久性时,应把正常使用时对其影响考虑进去。
通过检查、擦拭标识和警示说明来检验其是否合格。擦拭标识和警示说明时,应使用一块蘸有水的棉布用手擦拭15s,然后再用一块蘸有75%(体积比)的医用酒精的棉布用手擦拭15s,试验后,标识和警示说明仍应清晰,铭牌不应轻易被揭掉,而且不得出现卷边。
5.4 安全关键元器件
5.4.1 基本要求
在涉及安全的情况下,电池、电池模块及电池组系统中的元器件,如正温度系数热敏电阻器(PTC)、热熔断体等,应符合本标准的要求,或者符合有关元器件的国家标准、行业标准或其他规范中与安全有关的要求。
注:只有当某一元器件明确属于基于预定用途的某一元器件国家标准、行业标准或其他的适用范围内时,才能认为该标准是有关的。
5.4.2 元器件的评定和试验
元器件的评定和试验应按下列规定进行:
a) 当元器件已被证实符合与有关的元器件国家标准、行业标准或其他规范相协调的某一标准时,应检查该元器件是否按其额定值正确应用和使用。该元器件还应作为设备的一个组成部分承受本标准规定的有关试验,但不承受有关的元器件国家标准、行业标准或其他规范中规定的那部分试验。
b) 当元器件未如上所述证实其是否符合有关标准时,应检查该元器件是否按规定的额定值正确应用和使用。该元器件还应作为设备的一个组成部分承受本标准规定的有关试验,而且还要按设备中实际存在的条件,承受该元器件标准规定的有关试验。
注:为了检验元器件是否符合某个元器件的标准,通常单独对元器件进行有关试验。
c) 如果某元器件没有对应的国家标准、行业标准或其他规范,或元器件在电路中不按它们规定的额定值使用,则该元器件应按设备中实际存在的条件进行试验。试验所需要的样品数量通常与等效标准所要求的数量相同。
6 电池电安全
6.1 高温外部短路
将电池按照4.5.1规定的试验方法充满电后,放置在55℃±5℃的环境中,待电池达到55℃±5℃后,再放置30min。然后用导线连接电池正负极端,并确保全部外部电阻不高于30mΩ。试验过程中监测电池温度变化,当出现以下两种情形之一时,试验终止:
a) 电池温度下降值达到峰值温升50%;
b) 短接时间达到24h。
电池应不起火、不爆炸。
当对高温外部短路结果有异议时,可依据制造商提供的电阻值(但不高于30mΩ)作为仲裁条件重新测试。
注:导线的电阻率温度系数小于5×10-3℃-1,如康铜线等。
6.2 过充电
将电池按照4.5.1规定的试验方法充满电后,用制造商规定的最大持续充电电流充电至1.2倍的充电上限电压或5V(取两者较大值)。对于标称电压小于3V的电池,用制造商规定的最大持续充电电流充电至1.5倍的充电上限电压。
试验过程中监测电池温度变化,当出现以下两种情形之一时,试验终止:
a) 充电至规定电压后持续充电时间达到1h;
b) 电池温度下降值达到峰值温升50%。
当有争议时,a)和b)选较严者。
注:如果使用电池并联块或模块代替电池进行此试验,试验参数根据电池并联块或模块中电池串并联关系加倍,串联增压,并联增流。
6.3 强制放电
将电池按照4.5.2规定的试验方法放完电后,以1C A电流进行反向充电至负的充电上限电压,反向充电时间共计90min。
如果在反向充电90min内,电压达到负的电池充电上限电压,应通过减小电流保持该电压继续进行反向充电,反向充电共计90min后终止试验,如图3情况1所示。
如果在反向充电90min内,电压未达到负的电池充电上限电压,则反向充电共计90min后终止试验,如图3情况2所示。
7 电池环境安全
7.1 低气压
将电池按照4.5.1规定的试验方法充满电后,将样品放置于20℃±5℃的真空箱中,抽真空将箱内压强降低至11.6kPa(模拟海拔15240m),并保持6h。
具体试验方法可按照GB/T 2423.21中的相关条款。
电池应不起火、不爆炸、不漏液。
7.2 温度循环
将电池按照4.5.1规定的试验方法充满电后,将电池放置在温度为20℃±5℃的可控温的箱体中进行如下步骤(见图4):
a) 将实验箱温度升为72℃±2℃,并保持6h,温度转换时间不大于30min;
b) 然后将实验箱温度降为-40℃±2℃,并保持6h,温度转换时间不大于30min;
c) 重复a)和b),共循环10次。
对于大型锂离子电池(简称大型电池),暴露于极端试验温度的时间至少应为12h。
具体试验方法可按照GB/T 2423.22中的相关条款。
7.3 振动
将电池按照4.5.1规定的试验方法充满电后,将样品紧固在振动试验台上,按表4中的参数进行正弦振动测试。
7.4 加速度冲击
将电池按照4.5.1规定的试验方法充满电后,固定在冲击台上,进行半正弦脉冲冲击试验,峰值加速度为150gn±25gn,脉冲持续时间为6ms±1ms。大型电池应经受峰值加速度50gn±8gn、脉冲持续时间11ms±2ms的半正波冲击。电池每个方向进行三次加速度冲击试验,接着在反方向进行三次加速度冲击试验。
圆柱型电池按照其轴向和径向两个方向进行冲击试验,总共进行12次冲击;方型样品和软包装按照三个相互垂直的方向依次进行冲击试验,总共进行18次冲击。
具体试验方法可按照GB/T 2423.5中的相关条款。