[发明专利]一种防爆锂离子动力蓄电池电源装置安全检测方法

权利要求书

1.一种防爆锂离子动力蓄电池电源装置安全检测方法，其特征在于：包括单体电池和电池组的充放电性能的检验、单体电池和电池组的安全性能的检验、电池管理系统的保护动作性能的检验以及电源装置的防爆性能的检验；防爆锂离子动力蓄电池的电源装置包括单体电池或电池组、电池管理系统和防爆外壳；

单体电池的充放电性能的检验包括以下步骤：

A1.分别对25个单体电池样品进行20℃放电容量的检验：样品在20±5℃环境下，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，再以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果容量不低于额定容量的100%为合格；

A2.从进行过步骤A1检验的样品中抽取5个单体电池样品进行-20℃放电容量的检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法对5个单体电池样品进行充电，充满电后在-20±2℃环境下搁置16h，再在-20±2℃环境下以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量均不低于样品额定容量的30%为合格；

A3.从进行过步骤A1检验的样品中抽取5个单体电池样品进行20℃高倍率放电容量检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，再以1I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量不低于额定容量的70%为合格；

A4.从进行过步骤A1检验的样品中抽取5个单体电池样品进行荷电保持和容量恢复能力检验：荷电保持检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置28天，再以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果容量不低于额定容量的70%为合格；容量恢复能力检验：样品在20±5℃环境下，再以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，再以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量不低于额定容量的85%为合格；

A5.从进行过步骤A1检验的样品中抽取5个单体电池样品进行高温存储检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，以0.2I_tA恒电流放电2.5h，在40±2℃环境下搁置90天，再在20℃±5℃环境下以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以样品容量不低于额定容量的50%为合格；

A6.从进行过步骤A1检验的样品中抽取5个单体电池样品进行20℃循环耐久能力检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，搁置不超过1h，再以0.5I_tA恒电流放电至终止电压，单体电池循环充放电400次，记录第400次循环容量，检验结果以各个样品容量均大于额定容量的60%为合格；

电池组的充放电性能检验包括以下步骤：

B1.分别对3个电池组样品进行20℃放电容量检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，再以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量均不低于额定容量的100%为合格；

B2.对进行过步骤B1检验的3个电池组样品进行-20℃放电容量检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后在-20±2℃环境下搁置16h，再在-20±2℃环境下以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量均不低于额定容量的30%为合格；

B3.对进行过步骤B2检验的3个电池组进行20℃高倍率放电容量检验：样品在20±5℃环境下，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，再以1I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果容量不低于额定容量的60%为合格；

B4.另取3个电池组样品进行荷电保持和容量恢复能力检验：荷电保持检验：样品在20±5℃环境下，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置28天，再以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果容量不低于额定容量的60%为合格；容量恢复能力检验：样品在20±5℃环境下，再以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，再以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量均不低于额定容量的85%为合格；

B5.另取3个电池组样品进行高温存储检验：样品在20±5℃环境下，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，以电池制造商规定的方法进行充电，以0.2I_tA恒电流放电2.5h，在40℃±2℃环境下搁置90天，再在20±5℃环境下以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，检验结果以各个样品容量均不低于额定容量的50%为合格；

B6.另取3个电池组样品进行20℃循环耐久能力检验：样品在20±5℃环境下，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，以电池制造商规定的方法进行充电，搁置不超过1h，再以0.5I_tA恒电流放电至终止电压，循环充放电300次，记录第300次循环容量，检验结果以各个样品容量均大于额定容量的60%为合格；

B7.另取3个电池组样品进行内阻测试检验：样品在20±5℃环境下，以0.2I_tA恒电流放电至终止电压，以电池制造商规定的方法进行充电，充满电后搁置1～4h，测量交流内阻和直流内阻，检验结果交流内阻和直流内阻不大于电池规格书为合格；

单体电池和电池组的安全性能检验包括以下步骤：

C1.对不少于1个单体电池样品进行外部短路检验：将样品按照制造商规定的方法充满电后在20±5℃环境温度下用阻值为30±10mΩ的导体将每个样品的正负极端子短路，持续6h，检验结果以各个样品不起火、不爆炸为合格；

C2.对不少于1个单体电池样品进行冲击检验：将样品以0.2I_tA恒电流放电至额定容量的50%并放置在混凝土或金属地板上，将直径为15.8±0.1mm，长度不小于电池最大长度且至少60mm长的316不锈钢棒水平放置在样品上且位于样品的中部，然后将9.1kg重的刚性硬块自610±25mm的高度自由下落至钢棒上，圆柱形或方形电池的纵轴与平坦混凝土或金属地板平行，不锈钢棒的纵轴为垂直于穿过电池单体样品中部的直径为15.8mm的曲面的纵轴；方形电池绕其纵轴旋转90度，以使方形电池的长边和短边均受到冲击；每个样品仅冲击一次，每一次冲击均使用不同的单体电池样品，检验结果以样品不起火、不爆炸为合格；

C3.对不少于1个单体电池样品进行跌落检验：将样品按照制造商规定的方法充满电，当样品质量低于7kg时，从1米高处自由落体至平坦的水泥地面或金属地面上；当样品质量为7kg～20kg时，从10cm高处自由落体至平坦的水泥地面或金属地面；检验后放置1h，检验重复3次；当样品质量为20kg～50kg时，在样品的长度方向上将样品一端放在10cm高的三脚架上，样品的另一端即悬空且远离三脚架的一端吊起，使样品保持水平，松开吊起的一端，使吊起的一端自由落体至平坦的水泥地面或金属地面上；当样品质量为50kg～100kg时，在样品的长度方向上，将样品一端放在5cm高的三脚架上，样品另一端吊起，使样品保持水平，松开吊起的一端，使吊起的一端自由落体至平坦的水泥地面或金属地面；当样品质量大于100kg时，在长度方向上将样品一端放在2.5cm高的三脚架上，另一端吊起，使样品保持水平，松开吊起的一端，使吊起的一端自由落体至平坦的水泥地面或金属地面上；同一样品同一端重复进行两次检验；检验结果以样品不起火、不爆炸为合格；

C4.对不少于1个单体电池样品进行热滥用检验：将样品按照制造商规定的方法充满电后，在25±5℃的环境温度中稳定后，放置在重力对流式或循环空气对流式的检验箱里，将检验箱的温度以5±2℃/min的速率升至85±5℃，在85±5℃的温度下保持3h，检验结果以样品不起火、不爆炸为合格；

C5.对只提供单个控制或保护充电电压控制的电池管理系统进行供电的单体电池样品进行过充电检验：在25±5℃的环境温度下，将样品以0.2I_tA的恒流放电至终止电压，再将样品以电源装置的电池制造商提供的最高充电电流恒流充电，直到样品电压达到最高充电电压，然后，终止充电，检验期间应监测样品的电压和温度，检验继续进行，直到电池表面温度达到稳定状态，检验结果以样品不起火、不爆炸为合格；

C6.对不少于1个单体电池样品进行强制放电检验：将充满电的样品以1I_tA电流反向充电90min，检验结果以样品不起火、不爆炸为合格；

C7.对5个单体电池样品进行内部短路检验：在单体电池样品的电解液填充之前，将镍片插入电极元件，进行组装，充入电解液并充电至终止电压，将压降小于50mV的直流电压表连接在样品上；用前端带有2mm厚的腈基丁二烯橡胶且截面尺寸为10mm×10mm的不锈钢方柱垂直压在样品上，对不锈钢方柱进行加压且加压速度为0.1mm/s，最大压力为400N，当电池压降大于50mV时，电池内部短路，停止加压，30s后放开加压，记录所施加的压力和电压特性，并以照片或其他方式记录发生短路的位置，检验结果以样品不起火、不爆炸为合格；

电池管理系统是通过检测单体电池与热、电相关数据，对单体电池或电池组进行充放电管理、保护与控制的装置；电池管理系统包括对电池组中的每节电池单体进行电压、电流和温度检测的电压检测单元、电流检测单元和温度检测单元；电池管理系统还包括熔断器；

电池管理系统的保护动作性能的检测包括以下步骤：

D1.对熔断器单独进行检验：分别对熔断器进行1.5C、1.75C、2C、3C电流放电检验，每种放电检验进行10次，分别记录熔断时间，检验结果以每种电流熔断时间不大于被保护电池允许的放电时间为合格；

D2.充电过程中电池管理系统检验：将单体电池或电池组、电池管理系统和防爆外壳构成的电源装置样品连接在电池综合测试系统上，并在各单体电池上连接电压测试设备、温度测试设备，启动电源装置样品的放电功能，以额定输出电流放电至电源装置样品的单体电池过放电压保护动作；启动电池综合测试系统的充电功能，电池综合测试系统以制造商规定的标准充电电流对电源装置样品进行充电，充电至额定容量的90%时停止充电，然后将其中电压最低的单体电池以额定输出电流放电，放出额定容量的10%，停止放电；充电至电源装置样品的单体电池过充电压保护动作；检验过程中不少于三次监测各单体电池的电压、各单体电池的温度、电池组的充电电流、电池组电压，与电池管理系统的显示值相比较；检验结果以各单体电池的电压误差≤0.5%，各单体电池的温度误差±2℃，电池组的充电电流误差≤2%，电池组电压误差≤0.5%为合格；在充电结束时，检测各单体电池电压值，检验结果以各单体电池电压值均不高于最大允许电压为合格；充电结束后静置1个小时检测各单体电池电压值，检验结果以最高电压与最低电压差值不大于50mV为合格；

D3.放电过程中电池管理系统检验：将单体电池或电池组、电池管理系统和防爆外壳构成的电源装置样品连接在电池综合测试系统上，并在各单体电池上连接电压测试设备、温度测试设备，启动电池综合测试系统的充电功能，以制造商规定的标准充电电流充电至过充电压保护动作；启动放电功能，以电源额定电流放电，放电至电源过放电压保护动作；检验过程中不少于三次监测各单体电池的电压、各单体电池的温度、电池组的充电电流、电池组电压，与电池管理系统的显示值相比较；检验结果以各单体电池的电压误差≤0.5%，各单体电池的温度误差±2℃，电池组的充电电流误差≤2%，电池组电压误差≤0.5%为合格；在放电结束时，检测各单体电池电压值，检验结果以最低电压值不低于制造商规定的终止电压为合格；

D4.单体电池过充电压保护失效检测检验：将电源装置样品按照制造商规定的标准充电电流充电至过充电压保护动作，使保护功能失效，启动充电设备，充电设备的充电电流不高于电源装置样品额定充电电流的20%，各单体电池的电压不高于最大允许充电电压的103%，检验结果以电源中某只单体电池电压在100%～103%的最高允许电压范围内，有报警或显示为合格；

D5.单体电池过放电压保护失效检测检验：将电源装置样品按照额定电流放电至过放电压保护动作，使保护功能失效，启动放电设备，放电设备的放电电流不高于电源额定输出电流的20%，各单体电池的电压不低于最低放电截止电压的97%，检验结果以电源中任意一只单体电池电压在97～100%最低放电截止电压范围内有报警或显示为合格；

D6.充电过流保护测试检验：以制造商规定的标准充电方式充电，然后增加充电设备的输出电流至电池组充电过流保护值的103%，检验结果以电源装置样品应实现充电过流保护，在2s内断开与充电器连接，停止充电，并在10s内报警或显示为合格；

D7.放电过流保护测试检验：以制造商规定的标准充电方式充电至电源装置样品过充电压保护，在电源装置样品的输出端施加过流检测负载，使电源输出电流为过流保护值的103%，检验结果以电源装置样品实现放电过流保护，在2s内断开与用电设备连接，停止放电，并在10s内报警或显示为合格；

D8.输出短路保护检验：以制造商规定的标准充电方式充电至电源装置样品过充电压保护，在电源的输出端连接外部线路电阻应小于5mΩ，使电源装置样品的输出处于短路状态，检验结果以电源装置样品实现放电短路保护，50ms内断开与用电设备指需要电源装置样品供电的负载的连接，停止放电，并在10s内报警或显示为合格；

D9.温度保护功能检验：将电源装置样品的电池温度检测元件置于温箱中，从室温以不大于3℃/min升温速率调整温箱中的温度至低于产品企业标准所规定的单体电池最高表面温度的5℃，电源装置样品应处于正常工作状态；以不大于1℃/min升温速率平稳调整温箱中的温度至电源断开与用电设备连接，记录动作时间和动作温度；动作温度应为的保护温度值±2℃；温箱停止升温，至电源报警或显示，记录时间，检验结果以电源断开与用电设备连接且电源显示或报警的时间间隔应小于20s为合格；然后温箱以不大于1℃/min速率降温，至电源与用电设备恢复连接，记录恢复连接所用的恢复时间和恢复温度，恢复温度应为单体电池最高表面温度值±2℃；至电源温度保护显示或报警消失，记录时间，检验结果以电源恢复与用电设备连接且电源装置样品显示或报警消失的时间间隔应小于20s为合格；检验过程温箱最高温度的设置宜不超过65℃；

D10.信息采集线开路保护检验：随机断开电源装置样品中电池的电压和温度采集线各一根，检验结果以电池管理系统显示出相应故障类型及故障点为合格。

2.根据权利要求1所述的防爆锂离子动力蓄电池电源装置安全检测方法，其特征在于：电源装置的防爆性能的检验包括以下步骤：

E1.电源装置按GB3836.1-2010、GB3836.2-2010、GB3836.5-2017、GB12476.1-2013、GB12476.5-2013、GB12476.7-2010标准的相关规定检验防爆结构、性能、标志是否符合要求；

E2.选用的单体电池应为安全性能较高的锂离子蓄电池，电解液应为无水有机盐；

E3.电池模块、电池组、电源装置只能由几个单体电池、电池模块或电池组串联而成，不允许任何形式的并联；

E4.选用的单体电池类型、规格、技术参数应一致，并为同一制造厂家生产的产品；

E5.所有电池的设置和工作应在电池制造商规定的容许极限值范围内使用；

E6.电源装置电池容量60wh以上的单体电池或电池组应放置在独立的防爆腔内，电池腔内不应放置除安全装置中检测电池温度、电流的传感元件、防止锂离子蓄电池安装时发生短路的熔断器以外的其他电气元件；

E7.电源装置的外壳防护等级应不低于IP54或相应的防爆型式的要求，电源装置的外壳防护等级应不低于IP54或相应的防爆型式两者中要求较高的一个；

E8.电源装置应按制造商建议的方法与电池进行电气连接，配线及其绝缘应充分满足最高预计电压、最大电流、最高温度、海拔和湿度的要求，配线的设计应保证导体间电气间隙和爬电间距符合GB3836.3-2010标准的要求；电源装置机械完整性和连接应充分适应合理可预见的误用条件；

E9.电池组和与其相连的安全装置应被可靠地安装固定；

E10.电池和与其连接的安全装置不能有相对位移；

E11.电源装置对外接线端子应清楚地标志输出的极性，其尺寸大小和形状应能保证承载预期的最大电流，如果与外部连接设计成电缆连接器型式，并且有防误插措施，则无需标记极性；

E12.电源装置应设置警告牌“在爆炸性环境中严禁打开！”，当电源装置的电池和与其连接的电路符合GB3836.4-2010标准的要求，并且在运行时电池不充电，则此要求不适用；

E13.电源装置上应设置警告牌“严禁在爆炸性环境中充电!”。