王伯燕 畢崇強 紀(jì)賽 徐傳芳

（1.中家院（北京）檢測認(rèn)證有限公司，北京 100176；2.中國質(zhì)量認(rèn)證中心，北京 100070；3.安徽中認(rèn)倍佳科技有限公司，安徽滁州 239000）

電池指將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。1799 年伏打發(fā)明伏打電池，1887 年赫勒森發(fā)明干電池，1992 年Sony 成功開發(fā)鋰離子電池，電池至今已有200 多年的發(fā)展歷史。使用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓和電流的較長時間供電；同時電池方便攜帶，受外界影響較小，充放電操作簡便易行，性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代社會生活中的各個方面都發(fā)揮著很大作用，大量應(yīng)用在電動工具、筆記本電腦、手機、剃須刀、電動牙刷等便攜式小家電上。隨著電池的能量密度持續(xù)提升，電池續(xù)航時間延長，由電池故障引起的家電起火、爆炸的事件也越來越多，對用戶造成了傷害，同時也給相關(guān)企業(yè)帶來巨大損失[1]。新版IEC 60335-1:2020《家用和類似用途電器的安全 通用要求》標(biāo)準(zhǔn)[2]中增加了關(guān)于電池供電器具的相關(guān)要求。本文試對IEC 60335-1:2020 標(biāo)準(zhǔn)6.0 版附錄B 關(guān)于電池供電器具的相關(guān)要求進行介紹和解讀。

近年來由于鋰離子電池引發(fā)的火災(zāi)、爆炸等傷人事故越來越多，鋰離子電池安全問題引起了社會的高度關(guān)注。尤其2012年，億緯鋰能電池工廠電池老化實驗室電池正負(fù)極短路引起火災(zāi)和爆炸，鋰離子電池全問題引起工信部高度重視。工信部于2015 年9 月7 日發(fā)布《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》，規(guī)范鋰電池的企業(yè)規(guī)模及工藝技術(shù)要求。2015 年12 月9 日印發(fā)的《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法》對于從事電池正負(fù)極材料、隔膜、電解液、電池組等生產(chǎn)企業(yè)提出了經(jīng)營管理條件。這些措施對規(guī)范鋰電池生產(chǎn)企業(yè)管理，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高鋰電池生產(chǎn)安全有良好的指導(dǎo)作用。

1 適用范圍

IEC 60335-1 標(biāo)準(zhǔn)第6.0 版附錄B 適用于使用原電池和可充電電池的電池供電器具和遙控器。電池包括以及可拆卸電池和可分離電池。

當(dāng)電池供電器具是以幾個組件的形式交付用戶時，可拆卸的電源部分適用IEC 60335-1 標(biāo)準(zhǔn)第6.0 版附錄B。圖1 為四種常見分離組件交付的器具示意圖。

圖1 四種常見的分離組件形式交付的器具示意圖

圖1 中：CA 為完整器具；A 為器具的功能部分；B 為電池；S 為用戶家中的電源；CC 為轉(zhuǎn)換電路；……為可拆卸連接；為不可拆卸連接。

在這四種器具中：圖1（a）所示器具，包含轉(zhuǎn)化電路和電池的器具功能部分適用附錄B；圖1（b）所示器具，包含電池的器具功能部分適用附錄B；圖1（c）所示器具，包含轉(zhuǎn)化電路和電池的器具功能部分適用附錄B；圖1（d）所示器具，器具的功能部分和電池以及電池一起的轉(zhuǎn)換電路適用附錄B。

2 試驗條件

電池供電器具在進行輸入功率、電流及發(fā)熱試驗時，應(yīng)使用充滿電的電池來操作器具以實現(xiàn)其預(yù)期的功能。如果器具使用可更換電池供電，使用人工電源給器具供電以執(zhí)行其預(yù)期的功能。如果用于連接電池的電源端子沒有極性指示，則應(yīng)施加較不利的極性組合，除非由于器具的結(jié)構(gòu)能確保不會裝錯電池。

如果器具使用說明中指出電池可更換為人工電源，則試驗時用直流電源代替電池，每個電源的特性應(yīng)與對應(yīng)類型電池的特性相同。常見電池類型的特性如表1 所示。

表1 常見電池類型的特性

3 技術(shù)要求

3.1 標(biāo)志和說明要求

由電池供電的器具和裝有電池的遙控器應(yīng)標(biāo)有電池的系列號。裝有可更換電池的器具應(yīng)標(biāo)有電池系列號、電池電壓和端子的極性。裝有電池的器具的使用說明中應(yīng)有電池充電的正常溫度范圍、電池型號、安全處理廢舊電池的細(xì)節(jié)、如何處理漏液的電池等要求。裝有不可充電電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明該器具包含不可充電的電池，這些電池不可充電。裝有不能由用戶更換的電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明該器具包含只能由技術(shù)人員更換的電池。裝有不可更換電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明該器具包含不可更換的電池?？捎捎脩羧∠鲁潆娀蚋鼡Q電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明充電的注意事項、廢舊電池如何處理以及其他器具安全的注意事項。

電池中含有大量的重金屬、酸、堿等物質(zhì)[3]。當(dāng)電池廢棄后，經(jīng)過長期風(fēng)吹日曬、雨水沖刷，使得電池中的重金屬與酸堿等泄漏出來，直接暴露于自然環(huán)境，電池中的重金屬會對河流、湖泊等水環(huán)境和土壤環(huán)境造成污染。無論是在土壤還是水中的重金屬一旦被人攝入體內(nèi)，便會隨著血液循環(huán)系統(tǒng)進入人的內(nèi)臟、毛發(fā)、骨頭等器官或組織中。當(dāng)體內(nèi)重金屬富集到一定程度，身體便會發(fā)生病變。器具的使用說明應(yīng)對電池的安全使用和廢舊電池的處理處置給出合理的建議。

3.2 發(fā)熱試驗要求

對于使用可拆卸電池或為了充電目的而與器具斷開連接的可分離電池供電家電器具進行發(fā)熱試驗時，器具一直工作到電池電量耗盡。然后立即用使用說明中提供或指示的電池替換電量耗盡的電池，重復(fù)測試，直到由于電池電量耗盡而使器具不再運行，或者直到溫升穩(wěn)定到比第一次測試中在相同位置測得的溫升高出不超過5 K 為止，以先到者為準(zhǔn)。

對于裝有一體式電池或未從器具上斷開以進行充電的可分離電池，而且電池充電時無法正常工作的器具，發(fā)熱試驗時器具連續(xù)運行，直到由于電池電量耗盡。對于使用可更換電池或原電池供電的器具，發(fā)熱試驗時器具工作持續(xù)到達(dá)到表1 中指定的最小電池容量或確定穩(wěn)定條件，以先到者為準(zhǔn)。

3.3 非正常工作的要求

將器具的電源端子連接到相反極性的電池端子進行非正常試驗，除非器具結(jié)構(gòu)能確保用戶不能將電池反接。

如果結(jié)構(gòu)允許用戶反接電池，在器具能工作的前提下，將一個或多個電池反接。

對帶電動機的電池供電器具，每個電動機的端子依次短路，其中短路電阻不超過10 mΩ，且器具按照第11 章發(fā)熱規(guī)定的條件下工作。試驗一直持續(xù)到穩(wěn)定狀態(tài)建立，包括恢復(fù)到室溫或至少經(jīng)過3 小時。

具有使用金屬離子電池的器具，在所有電池都充滿電的情況下進行試驗，對于由一個以上電池組成的電池，一個電池要在與器具連接的可拆卸電池或可分離電池上或在包含內(nèi)置電池的器具上完全放電。電池的主放電連接短路，電阻不超過10 mΩ。試驗一直持續(xù)到非自復(fù)位保護裝置動作或一個預(yù)置薄弱環(huán)節(jié)成為永久性開路，或到測試樣品恢復(fù)至室溫。

電池供電器具和除電源軟線外的任何軟線均在連接電池時進行測試，每次施加一個故障：（1）器具和可分離電池之間任一電線上任意點處將軟線短路；（2）將電池的端子短路；（3）13 號試驗探棒可觸及的充電端子短路。

電池供電器具通電，不施加額外的機械負(fù)載。試驗持續(xù)到穩(wěn)定狀態(tài)建立，包括恢復(fù)到室溫，或至少3 小時。短路電阻不應(yīng)超過10 mΩ。

上述試驗過程中，器具不應(yīng)噴射出火焰、熔融金屬或有毒或可燃?xì)怏w，且溫度不得超過規(guī)定值。試驗期間和試驗結(jié)束后，電池不得發(fā)生著火或爆炸。

3.4 穩(wěn)定性和機械危險要求

器具外殼應(yīng)能承受一體式金屬離子化學(xué)電池在故障期間排氣時產(chǎn)生的壓力。外殼中允許氣體通過的無障礙開口的總面積不得小于表2 中規(guī)定的值。通過直徑為（2.85±0.05）mm 的孔板，以2070 kPa±10%的初始超壓，將規(guī)定數(shù)量的空氣注入密封室內(nèi)。密封室內(nèi)的超壓應(yīng)在30 秒內(nèi)降至70 kPa 以下，而不會對密封室造成任何意外的破裂損壞。

表2 金屬離子電池的開口總面積

3.5 機械強度要求

手持式電池供電器具、可分離電池和可拆卸電池進行自由落體試驗。試驗前將電池充滿電，將器具從1 m 的高度跌落到混凝土表面3 次，樣品的起始位置應(yīng)能改變撞擊點。完成上述試驗后，器具不得著火、不得有從外殼外部可見的液體泄漏或爆炸，并且器具的穩(wěn)定性和機械危險、電氣間隙、爬電距離都要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

跌落試驗后，如果電解液只是輕微滲漏，短時間內(nèi)電池的電壓和內(nèi)阻無異常變化[4]，不會發(fā)生爆炸等危險。如果電解液滲漏達(dá)到一定量，就可能會發(fā)生后續(xù)偶合反應(yīng)，造成電池外部短路現(xiàn)象，電池的內(nèi)阻變小，電池會急速發(fā)熱，會有起火爆炸的危險。所以跌落試驗結(jié)束后，需要將被測樣品靜置在安全地點12 小時后再觀察有無異常。

3.6 結(jié)構(gòu)要求

電池系統(tǒng)元件之間的用戶可觸及接口不應(yīng)使用符合IEC 60320 或IEC 60309-2 的器具耦合器。除非電池系統(tǒng)受到充分保護防止使用不正確的電源，電池系統(tǒng)元件之間的用戶可觸及接口（非電源連接）不應(yīng)采用外徑不超過6.5 mm的筒形連接器，或直徑為3.5 mm 或更小的符合IEC 60603-11 的同心連接器。

在發(fā)熱試驗過程中，可拆卸電池和可分離電池的外表面應(yīng)有保護，以防器具工作期間可能存在的熱源（直接或通過加熱的放電空氣）產(chǎn)生過多熱量。電池通風(fēng)孔的阻塞不得妨礙器具正常工作。

4 結(jié)束語

電池和電池組的安全性與其使用的材料、設(shè)計、制造工藝、包裝運輸及用戶使用條件有關(guān)。其中使用條件包含了正常使用條件、可預(yù)見的誤用條件和故障條件，還包括影響其安全的環(huán)境條件例如使用環(huán)境溫度、海拔高度等影響因素[5]。

IEC 60335-1 標(biāo)準(zhǔn)附錄B 中的要求是基于使用鋰離子化學(xué)物質(zhì)的電池系統(tǒng)，因此其他金屬離子和較新的化學(xué)物質(zhì)可能具有這些要求或參考電池標(biāo)準(zhǔn)未完全考慮的特性和性能。隨著市場對電池能量密度要求的不斷提高，其面臨的安全性問題日益顯著，相關(guān)家電及消費電子標(biāo)準(zhǔn)也開始重視電池的安全性測試和相關(guān)評價。本文對電池供電器具的安全的部分要求進行了分析，可為電池生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢測機構(gòu)的測試提供一些參考。為了提高電池使用安全性及品質(zhì)，在電池安全測試中可增加振動、高低溫沖擊、浸水等濫用條件，充分考慮電池在實際使用過程中可能遇到的情況，進一步完善電池安全測試。