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電池常識

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1、化學電源(又稱電池):一種直接把化學能轉變成電能的裝置。
2、一次電池(又稱原電池): 一種只能用來放電,且在放電以后不能用充電的方法獲得復原并能再次使用的電池。
3、二次電池(又稱充電電池):一種在放電以后可以用充電的方法獲得復原并能再次使用的電池。
4、開路電壓:外部電路斷開時,電池正負極之間的電位差。
5、負荷電壓: 電池輸出電流時,電池兩個極端的電位差。
6、標稱電壓(又稱額定電壓):規定的電池開路電壓的最低值。
7、終止電壓:電池放電試驗中,規定結束放電的負荷電壓。
8、貯存壽命:電池在規定條件下的貯存期限,貯存結束時,電池仍能保持規定的性能。
9、標稱容量:在一定條件下,規定電池應該給出的最低限度的電量。
10、內阻:電池內部兩極之間的電阻。
11、循環壽命:充電電池在失效前所能達到的充放電循環次數。
12、自放電: 電池在荷電或貯存狀態下,由于各種原因而引起的容量損失的現象。
13、放電率:電池在規定時間內放出額定容量時所需的電流值;或按一定輸出電流放完額定容量時所需的時間。常用倍率(若干C)或時率表示。
14、充電率:蓄電池在規定時間內充到額定容量所需的電流值;或在一定電流下充到額定容量所需的時間。一般用倍率(若干C)或時率表示。
15、恒壓充電: 充電時,保持充電器兩端電壓始終不變的一種充電方法。
16、恒流充電:充電時,充電電流保持不變的一種充電方法。
17、涓流充電: 以低充電率(C/100C/20)對蓄電池進行恒流充電,使電池保持全充電態的一種充電方法。
18、記憶效應:電池長時間經受特定的工作循環后,自動保持這一特定的電性能。不能全部放出額定容量,只能達到常用的放電深度。譬如:一只額定容量為100%的電池,在使用時,如果在尚未用完電量后就充電,長期下去,電池就“記住了”這個“刻度”,以后再充電時,充到這個“刻度”就再也不容易充進去了。
19、爬堿(漏)液:電池內的電解液從正常情況下不與電解液接觸的電池外表面或電池部件上流出來。
20、電池/電池組:兩個以上的電池串聯、并聯在一起提供所需要操作的電壓和電流。一般使用下所說的電池僅指單支電池。
放電電流:放電過程中需要多大的電流放電。
21、安全閥:在電池蓋冒上設計的排氣小孔,當電池內部所釋放氣體的氣壓達到一定值時,小孔閥門自動打開排出氣體。
 

   鋰電池IEC 標準

1. 介紹
在日本生產的二次鋰電池早已有了定型模式.但是,近年來又開始著手于圓柱形和菱柱型電池的工作.國際電氣工藝組織開始準備一系列新的電池標準,包括安全標準.另一方面對于因容量變大而引起事故的一些第二代鋰電池安全性的確保工作越來越重要.不要將過去出現的問題在將來重現.
對于二次鋰電池的安全問題,需要學習電池充電方面的安全技術以及已充電電池的放電安全技術.
2. 概述
這個方針介紹了電池制造商將要完成的最小安全標準.該方針適用于螺旋電極和分層結構的圓柱形和菱柱形電池,并且這些電池是作為小型手提式工具的電源,容量范圍在100 5000mAh.該方針對于一些一直在生產的電池的電池廠家同樣適用,在今后也會開始運用.
這個方針通過對假設的各種不安全模式進行評估測試,從而判斷,提高安全水平和質量.
二、第二代鋰電池評估指導
1. 目的電池
在這本指導手冊中作取樣電池的是用于小型手提式工具的二次鋰電池.
(*1):在這些例子中,電力能源指的是工具的移動電力能源,因此不包括一些備份內存.
以往在市場上廣泛使用的鋰電池沒有列入該手冊中,因為那些電池的型號更小,他們通過的限制電流的電容也較小,因此,從安全性能方面考慮的危險系數是可以忽略的.
在該手冊中,要求的二次鋰電池屬于以下幾種分類:
(1) 作為輕便的電動工具的電力能源
(2) 螺旋電極和分層結構的圓柱形和菱柱形電池
(3) 圓柱形電池的尺寸在D 和N 之間
(4) 菱柱形電池的容量在100 至5000mAh
(5) 只能是電池,包括集合電池
(*2)集合電池被包括在其中是因為在現階段,集合電池更難規定或表示其外形,結構,尺寸.集合電池的介紹手冊將今后適當的階段準備.
2.手冊要領
安全評估的過程是安排在電池正常使用中,或者是在可以預見的操作方法不當中,或者是在特殊情況的操作中,如充電器發生故障,電池使用工具發生故障.該程序還介紹了一些正常使用中可以避免的不當行為的情況.安全評估被分為以下三類,每一類都有詳細的步驟:
(1)電性能測試
(2)機械性能測試
(3)環境性能測試
測試結果的標準根據危害人類身體的危險情況不會發生來決定.在這些步驟中,每項測試選擇5 個電池作樣品,這是考慮到這個數字足夠來判斷電池安全程度.
4.評估測試項目
4.1(1)電性測試
測試項目 充電狀態 電池條件 溫度 評估測試方法 標準
1.外部短路 完全充電 剛生產完的電池 室溫60℃ 通過電阻小于50mΩ 的電線在兩極短路6 小時以上 沒有爆炸,沒有著火的現象
2.強行放電 完全充電 剛生產完的電池 正常室溫 按廠家推薦的電流強行深度放電計算容量的250%.*如果在測試過程中達到安全或保護功能,可以終止測試 沒有爆炸,沒有著火的現象
3.連續充電 完全放電 剛生產完的電池 正常室溫 按廠家推薦的方法充電,并在指定的電壓持續28 天 沒有爆炸,沒有著火,沒有裂開的現象的現象
4.過量充電 完全放電 剛生產完的電池 正常室溫 按廠家推薦的電流充到計算容量的250%.*如果在測試過程中達到安全或保護功能,可以終止測試 沒有爆炸,沒有著火的現象
5.大電流充電 完全放電 剛生產完的電池 正常室溫 按廠家推薦的充電電流的3 倍電流給電池充電至計算容量100%以上 沒有爆炸,沒有著火的現象
4.1(2)Ⅰ機械性能測試
測試項目 充電狀態 電池條件 溫度 評估測試方法 標準
1.振動 完全充電或完全放電 剛生產完的電池 正常室溫 將電池在XYZ 三個方向振動90 至100 分鐘,振幅為0.8mm,頻率為10HZ,頻率的變化率為1HZ/min.測試后,完全放電電池將被充電到由廠家推薦的完全容量. 沒有爆炸,沒有著火,沒有變形的現象
2.加速度 完全充電或完全放電 剛生產完的電池 正常室溫 以時間為單位加速在初始3 毫秒里,平均加速度為75g(g 為重力加速度單位),到達頂峰時為125-175g.在每一個XYZ 互相垂直的方向振動.測試后,完全放電電池將被充電到廠家推薦的容量. 沒有爆炸,沒有著火,沒有變形的現象
3.掉落 完全充電或完全放電 剛生產完的電池 正常室溫 從1.9m 高的地方自由掉落10 次到水泥地面上.測試后,完全放電電池將被充電到廠家推薦的容量. 沒有爆炸,沒有著火的現象
4.1(2)Ⅱ測試項目 充電狀態 電池條件 溫度 評估測試方法 標準
4.釘子穿過電池 完全充電 剛生產完的電池 正常室溫 用直徑2.5 至5mm 的釘子穿過電池的縱心軸*將釘子放入電池內6h. 沒有爆炸,沒有著火的現象
5.擠壓 完全充電 剛生產完的電池 正常室溫 將電池放在兩塊扁鐵板間以使電池的縱軸心與扁鐵板平行,再給電池施加13kN 的壓力 沒有爆炸,沒有著火的現象
6.撞擊 完全充電 剛生產完的電池 正常室溫 將一個圓柱形木棒(直徑為7.9mm)越過電池頂部,與電池縱心軸垂直.9.1kg相當重量從61cm高度掉落下來. 沒有爆炸,沒有著火的現象
7.10m 掉落 完全充電 剛生產完的電池 正常室溫 從10m 高的地方任意將電池掉落到水泥地面上. 沒有爆炸,沒有著火的現象
4.1(3)Ⅰ環境性能測試
測試項目 充電狀態 電池條件 溫度 評估測試方法 標準
1.高溫儲存 完全充電 剛生產完的電池 (a)在溫度100℃的烤箱中儲存5 小時后將電池放在溫度為20℃的地方放置24h(b)在60℃的烤箱中儲存30 天后將電池放置在溫度20℃的地方24 小時 沒有爆炸,沒有著火的現象
2.熱量沖突 完全充電 剛生產完的電池 在2 小時內經過10 個連續循環分別在-20℃和40℃將電池從-20℃移到60℃的地方,并且替換時間在5 分鐘之內 沒有爆炸,沒有著火,沒有損壞,沒有變形的現象
3.低壓 完全充電 剛生產完的電池 室溫 將電池放置在絕對壓力等于或小于11.6kpa,時間為6 小時 沒有爆炸,沒有著火的現象
4.1(3)Ⅱ環境性能測試(不正當行為)測試項目 充電狀態 電池條件 溫度 評估測試方法 標準
4.熱量升溫 完全充電 剛生產完的電池 將電池放入烤箱以5±2℃/分鐘的速率加熱直到130℃.再將電池放置烤箱60 分鐘左右. 沒有爆炸,沒有著火的現象
5.掉落至水中 完全充電 剛生產完的電池 室溫 將電池浸入水中(室溫)24 小時沒有爆炸,沒有著火的現象
定義
完全充電:為達到廠家指定的計算容量,在廠家推薦的充電條件(包括電流,電壓,溫度,時間等)下,對電池充電.而且,電池的時間要求是在充電后的一個星期內.
完全放電:在由廠家推薦的放電條件下(包括電流,溫度等),按指定的放電電壓對對電池放電.而且電池的時間要求是在放電后的一個星期內.
剛生產完的電池:電池的要求是在生產后不到一個月,并且是接受少于XX 充放循環.
電池周期:按廠家推薦條件對電池連續充電,放電,并且電池的放電容量已經在廠家指定計算容量下降了40%至60%.
室內溫度:在測試中,室溫是指20±5℃,這是平常房間里的溫度,這個設定值是要基于要在一個簡單的測試環境中.
爆炸:爆炸是指電池內部內質散射或是電池外殼部分被裂開而引起爆炸或損壞.
起火:起火是因電池內部自燃或灼燒引起的著火.
安全閥操作:安全閥操作的意思就是指在電池正常使用過程中排氣(將電池內壓釋放到外界).
變形:變形是指電池因外壓或內壓引起形狀明顯,可視的變形.
4.2 測試數量
在測試中的標準是評估安全的水準,以下的數量是按目的所要求的.每項測試項目要求數量:n=5
4.3 解釋
4.3.1 電性能測試
1.外部短路
當正極,負極兩端被短路(用一根鐵絲或金屬作電阻)時,可以預見的危險有電池將突然發熱,因有很大的電流流動,電池溫度升高.如果溫度超過電池的承受能力,電池會爆炸或起火.
這項測試是假設電池在處理或使用時方法不正確引起電池外部短路,這所以要將測試溫度設置在60℃,是因為要確保在調溫下電池因外部短路而發熱將仍處于安全狀態.這個溫度的要求是按照UL`S 外部短路而定(UL1642).最大的電阻(50mΩ)是由日本IEC 國家委員會(TC35/WG8)而指定的估計值.
2.強行放電(可逆過程)
電池由于外部強行放電或因錯誤地強行逆向充電,而引起的可以預見的危險有:電池發生正常的化學反應,導致內壓,溫度升高.如果操作過度,電池將爆炸或起火.
這個測試是假設這樣一種情況:電池因被錯誤地反向聯接到充電器上,或者是在一個組合電池里有一個電池低容,那么在對該組合電池放電時,那支低容電池將會強行放電(當新舊電池或不同容量的電池放在一個電池盒中,也將出現這種情況)廠家依照UL`S 的強行放電測試條件而推薦的電流,將電池放電計算容量的250%以上.
當電池具有這些安全,保護性能,電流沒有因這些功能發生變動,可以在電池上注明標識,并且可以不要繼續測試.
3.連續充電
當超過電池所能承受的限制連續給電池充電時,可以預見的危險有電池充電過量,內壓升高導致電解質分解.
如果內壓超過一定限度,電池會爆炸.
這項測試假設電池被連接到充電器正常充電操作.
連續充電的時間定為一個月是因為電池在完全充完電之后,正常動作的充電器會按設計值提供較少的電流,所以將時間定為一個月,從而讓電池充分的連續充電.
4.充電過量
當電壓升高超過電池所能承受的限制,而引起充電過量,可預見的危險有:電池內壓在充電時升高導致正常化學反應或溫度升高發熱,結果,電池將爆炸或起火.
這項測試假設這樣一種情況:充電器沒有正常發揮作用,特別是它的電壓控制電路失去控制.
因為充電器電流控制被假定為正常操作,因而由廠家推薦值作電流,而且將充電容量定為計算容量的250%是考慮在超過電池承受限制,過量充電時確保安全.
如果電池具有這些安全,保護功能,電流不發生變動,給其注明標識,測試也不需再進行.
5.大電流充電
當電池因很大電流充電時,可以預見的危險有因焦耳熱使溫度升高,如果溫度升高超過權限,電池會爆炸,起火.
這項測試假設這樣一種情況:充電器沒有正常動作,特別是充電器控制設置失去控制,在這項測試中,將電流設為廠家所提供電流的三倍值(這個值已經達到限制),因為即使電流控制器失效因為充電器的內阻和輸出容量的原因,也不會讓再大的電流通過.
并且,充電容量被指定為100%,是因為這項測試要檢查很大電流流動的影響.
如果電池具有這些安全,保護功能,電流不發生變動,給其注明標識,測試也不需再進行.
4.3.2Ⅰ機械性能測試
1.振動
當電池發生振動,可預見的危險是:電池內部的連接片從連接點斷落或者活性物質脫落,導致電極直接接觸(內短路),這種反應會加速進行,并且超過一定限度,電池由于內壓升高將爆炸或起火.
這項測試假設這樣一種情況:電池在運輸中或用戶使用時方法不當而受到振動.這個測試方法參照了其它標準,比如:UL,DOT,LATA 等.
這項測試要定于完全放電狀態是因為電極處于完全放電狀態更容易移動,因而電池更容易在振動時受到損壞,而且,在測試完之后再將電池充電,這種損壞更明顯.
2.加速度
當電池受撞擊時,可以預見的危險與振動示例中的相同.
這項測試是要假設在運輸過程中,電池受顛簸的危險或因用戶失誤將電池不斷摔落.
這項測試是參照DOT,LATA 標準
如果電池具有這些安全,保護功能,電流不發生變動,給其注明標識,測試也不需再進行.
3.摔落
當電池摔落可以預見的危險與電池振動示例中的相同.這項測試是假設因為某個人的失誤造成電池摔落,電池摔落的高度被指為1.9m,這個高正好是一般人把手抬起來的高度.
如果電池具有這些安全,保護功能,電流不發生變動,給其注明標識,測試也不需再進行.
4.3.2i 不正行為測試
4.釘子穿透電池因失誤把一根釘子錯誤的穿過電池,將會把正,負極直接相連,導致外部短路,電池會因突然反應產生發熱而爆炸,起火.
這項測試假設一種情況:把電池放在箱內,誤使釘子穿透電池,或假設內部短路情況來達到安全評估.
在本手冊中,這些測試都是假設不正行為或內短路.
5.擠壓
當電池受強大壓力而擠壓時可預見的危險有正,負極的空間變窄,并且,正,負極可能直接接觸而引起的內短路.電池可能爆炸或起火.
這項測試假設電池受強壓而被擠壓,比如汽車.在這項測試中,將擠壓條件定為13kN 的汽車載重量是可行的,并且是參照UL1642.
6.沖擊
由于重力,電池受到突然的沖擊或掉落相當重量物質到電池時,可以預見的危險有:發生電池內部短路.
這項測試假設一個相當重量的物體掉落在電池上,物體將給出強大的沖擊在電池的某個部位.這項測試參照UL.
7.10M 掉落
當電池從很高的地方掉落下來,可以預見的危險有:由于掉落的沖擊,電池被擠壓,結電池會爆炸或起火.
在這項測試假設電池從很高的地方比如樓頂或房間窗戶.
在這項測試中,電池掉落的高度定為10M,這個高度比一般房子的窗戶掉落下來更嚴重.
4.3.3Ⅰ環境性能測試
1.高溫貯存
當電池被錯誤的放入高溫地方,可以預見的危險有:電池因溫度變熱,正負極間的高分子隔離物融合,不能在兩極間分開,結果,因兩極接觸而內短路.那么,電池內部突然發生反應,如果過熱,電池會爆炸或起火.
這項測試假設這樣一種情況:當電池因外界高溫受熱或是電池在被置在汽車儀表,直接在夏日受陽光照射而受熱,或者是溫度控制設置發生故障,而使室內溫度升高.
2.熱量升高
當電池經過一段很厲害且迅速的溫度變化,可以預見的危險有:因溫度變化而沖擊高分子組成,因膨脹系數的不同使高分子和金屬組成成分變形或損壞.
這項測試假設這樣一種情況:電池在很短的時間里經過迅速的溫度變化,例如電池突然從外界搬到室內,特別是接近室內火源旁,或是在嚴冬從室內搬到室外.
根據MIL 和JIS 標準,在這項測試中,交換時間要求少于15 分鐘.
3.低壓
當電池在很高海拔的地方,處于很低的環境壓力中,比如空運,可以預見的危險有:因密封部被破壞電池內部物質發生爆破或摩擦,以致引起爆炸或起火.
這項測試假設了電池在飛機上運輸,沒有被加壓,處于50,000feet 相當的高度的低壓環境中.
這項測試參照了以下標準:DOT,ICAO 和LATA.
4.3.3Ⅱ不正當方法的測試
當電池被過度加熱,可以預見的危險有:正,負極間的高分子隔離物融合,兩極不能被分開,互相接觸,結果發生反應,電池會爆炸或起火.
在這項測試中,假設電池被放置接近熱源的地方,或者,因不正行為,如把電池放在車的儀表板,直接受陽光照射或測試控制設置發生故障因而室內溫度升高.
這項測試中將溫度設為130 度是考慮到在反常情況下,如溫度控制設置發生故障時最大溫度低于120 度.
5.掉落水中
當電池浸沒水中,可以預見的危險有:高壓電池的正極接線端發生溶解反應,然后,電池密封性被破壞,水也進入電池和電池內物質發生反應,電池因產生的熱量會爆炸或起火.
這項測試就是假設因為失誤電池掉入水中.

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