矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求

矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源安全技术 （第二次征求意见稿） 随着煤炭工业的发展和矿山装备技术进步，监测通信系统、紧急避险设施、井下运输车辆等对防爆电源的容量要求越来越高，同时GB3836.2-2010《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》中明确禁止存在析氢危险的蓄电池在隔爆外壳内使用。为满足目前煤矿装备的迫切需要，在充分研究、反复征求各方面专家意见以及进行相关试验研究的基础上，制定本安全技术要求。 1 范围 本技术要求规定了矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源产品分类、型号命名、安全技术要求、检验规则等。 本技术要求适用于在煤矿井下使用的矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源的安全标志管理。 2 规范性引用文件 GB 3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求 GB 3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备 GB 3836.4-2010 爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备 GB 14048.1-2006 低压开关设备和控制设备　第1部分　总则 MT/T 154.2-1996 煤矿用电器设备产品型号编制方法和 MT/T 408-1995 煤矿用直流稳压电源 MT 209-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求 MT/T 1051-2007 矿灯用锂离子蓄电池 MT/T 1078-2008 矿用本质安全输出直流电源 QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池 3 术语和定义 3.1 单体电池 构成蓄电池最小电气单元的电极和电解质的组合。 3.2 电池组 以串联方式连接起来，增加电压的两个或多个单体电池。 3.3 电池管理系统 通过采集、检测单体电池与热、电相关数据，对单体电池进行充放电管理、保护与控制的装置。 3.4 矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源 能量存储、转换装置，由隔爆外壳、单体电池或电池组、电池管理系统等组成。有时还可包括充电系统、放电系统、显示系统、电源输入系统、电源输出系统等。 4．产品分类 4.1 按用途分 a）监测通信系统用后备电源，包括监测监控、人员管理、通信系统等后备电源； b）紧急避险设施用后备电源，包括避难硐室、可移动式救生舱等后备电源； c）运输车辆用电源，包括防爆蓄电池电机车、防爆无轨胶轮车、单轨吊等用电源； d）防爆柴油机起动机用电源。 4.2 按使用类型分 a）后备电源； b）动力电源。 5 产品名称与型号 5.1 产品名称 矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源。 5.2 防爆标志 ExdI 或Exd[ib]I 5.3 产品型号 6 技术参数 至少应包括以下技术参数： （1）单体电池标称电压，V； （2）单体电池额定容量，Ah； （3）单体电池允许最大充电电压，V； （4）单体电池允许最低放电截止电压，V； （5）单体电池最大允许充电电流，A； （6）单体电池最大允许放电电流，A； （7）单体电池数量； （8）电源的额定能量，Wh； （9）电源额定输出电压（多电压输出为最大额定输出电压），V； （10）电源额定输出电流（多电压输出为最大额定输出电流），A； （11）电源输出过流保护电流，A； （12）电源额定输入电压范围，V； （13）电源额定输入电流范围，A。 7 基本技术要求 7.1 单体电池应满足以下要求： 7.1.1 应为安全性能较高的锂离子蓄电池，如磷酸铁锂蓄电池等，并采用软包装或使用塑料壳体。 7.1.2 监测通信系统和紧急避险设施用电源中单体电池的容量不超过60Ah，运输车辆用电源和柴油机起动机用电源中单体电池的容量不超过100Ah。 7.1.3 单体电池及电池组的安全性能应满足QC/T743-2006中5.1.11和5.2.7的要求，其中过充性能应满足MT/T 1051-2007中4.4.3的规定，加热性能应满足QC/T743-2006和MT/T 1051-2007中严酷的规定（即试验时间2h、试验温度130℃）。此外，单体电池及电池组的安全性能应满足还应满足MT/T 1051-2007中4.4.4条强制放电、4.4.7条重物冲击的要求。 7.1.4 在充、放电过程中单体电池的最高温度不应超过70℃。 7.2 电池组应满足以下条件： 7.2.1 电池组中的单体电池应采用串联方式。 7.2.2 构成电池组的单体电池类型、规格、技术参数应一致，并为同一制造厂家生产的产品。 7.3 电源应具备防爆安全性能，采用隔爆或隔爆兼本安的防爆型式，并满足以下要求： 7.3.1 防爆结构和性能应满足GB3836.1~4-2010的要求，其中放置电池的隔爆腔体须进行压力不小于1.5Mpa的静压试验。 7.3.2 单体电池或电池组应放置在独立的隔爆腔内，隔爆腔内不应放置除电池管理系统中检测单体电池温度的传感元件外的其他电气元件。 7.3.3 隔爆腔内不允许单体电池或电池组任何形式的并联。 7.4 电源应具备电池管理系统，并满足以下基本要求： 7.4.1 应对所有单体电池的电压和面温度，电池组的电压、电流、电池组容量等参数进行检测和显示，误差应满足表1的要求。 表1 电池（组）参数检测误差要求 参数 单体电池电压值 单体电池温度 电池组电流 电池组电压 电池组容量 误差 ≤1% ≤3% ≤1% ≤1% ≤6% 注：电池表面温度测量时应测量电池极耳处温度。             7.4.2 应具备单体电池过充电压保护，保证单体电池的电压不高于其最高允许电压。 7.4.3 应具备单体电池过充电压保护失效报警或显示功能，当单体电池过充电压保护失效时应声光报警或显示。 7.4.4 应具备单体电池过放电压保护，保证单体电池的电压不低于其最低允许电压。 7.4.5 应具备单体电池过放电压保护失效报警或显示功能，当单体电池过放电压保护失效时应声光报警或显示。 7.4.6应具备充电过流保护，当单体电池充电电流大于最高允许电流时，应在100ms内断开与充电器连接，停止充电并在10s内声光报警或显示。 7.4.7应具备放电过流保护，当电池组放电电流大于最大允许放电电流时，应在100ms内断开与用电设备连接，停止放电，并在10s内声光报警或显示。 7.4.8 应具备输出短路保护，当发生外部电路短路时，应在50ms内断开与用电设备连接，停止放电，并在10s内声光报警或显示。 7.4.9 应对每个单体电池进行温度监测，当单体电池温度超出7.1.4的规定时，应在10s内断开该电池组与充电设备及用电设备的连接，并声光报警或显示。 7.4.10 应具备均衡充电控制功能，充电结束后各单体电池电压偏差不大于1%。 7.4.11 应具有耐充电电源极性反接的功能。 7.4.12 应具备电池信息采集、监测、报警功能，当电池信息采集线发生开路或其他故障时，应声光报警或显示。 7.5 电源的电气安全性能应满足以下要求： 7.5.1 绝缘电阻和介电强度应符合GB 14048.1-2006的规定。 7.5.2 泄漏电流应符合MT/T 408-1995中4.8.3的规定。 7.5.3 外壳防护性能应符合MT 209-1990中9.1.1的规定。 7.6 电源的电气性能应符合以下要求： 7.6.1 监测通信系统用后备电源的主要技术指标与功能应符合MT/T 1078-2008中4.4和4.5的规定；井下紧急避险设施用电源的工作（放电）时间应符合相关国家或行业标准的规定，并可定期通过自动放电来测量电池组的实际容量；运输车辆用电源的技术指标与功能应符合QC/T 743-2006的规定；防爆柴油机起动机用电源的技术指标与功能应满足柴油机起动机的要求。 7.6.2 工作稳定性应符合MT/T 1078-2008中4.11的规定。 7.6.3 抗干扰性能应符合MT/T 1078-2008中4.12的规定。 7.6.4 可靠性应符合MT/T 1078-2008中4.13的规定。 7.6.5 环境适应性应符合MT/T 1078-2008中4.14的规定，其主要技术指标和功能应不低于7.4.1～7.4.8、7.4.10和MT/T 1078-2008的规定，试验后不应出现放电电流锐变、电压异常、蓄电池壳变形、电解液溢出等现象，并保持连接可靠、结构完好、不允许装机松动。 7.7 当电池组发生故障后，应明确故障排除后的自动或手动恢复方式。 7.8 当电源包含充电、放电、电源输入、电源输出、冷却等系统时，应满足相关标准的规定。 8 试验条件 8.1 试验条件 除另有规定外，试验应在正常环境条件下进行： （1）环境温度：15～35℃； （2）相对湿度：45%～75%； （3）大气压力：86～106kPa。 8.2 测量仪器与设备： （1）测量电压、电流、时间用仪表准确度不低于±0.5%； （2）测量温度用仪表准确度不低于±0.5%； （3）被测设备不含显示报警、装置的，生产厂家应提供关联报警、显示装置。 9 检验方法 9.1 单体电池的类型、规格及电池组构成，采样目测检查。 9.2 单体电池或电池组的安全性能，按QC/T743-2006中6.2.12、6.3.8和MT/T 1051-2007中5.6.4、5.6.5和5.6.7条规定进行。 9.3 单体电池或电池组放置方式的检验，采用目测的方法。 9.4 防爆性能和结构检验，执行GB3836.1~4-2010的相关规定。 9.5 电池管理系统测试 9.5.1在检测过程中，需要更改电源某些技术参数的，如调整充电器电流、电压、拆除保护功能，超温保护测试等，由生产厂家实现。 9.5.2 根据电源充电和放电要求，配备相应的充电和放电设备；电源自带充电功能可不配充电设备。 9.5.3 各单体电池上连接电压测试设备。 9.5.4 各单体电池上连接温度测试设备。 9.5.5 充电模式 在充电回路中串联电流测试设备，启动充电设备，至充电结束。充电过程中不允许被测设备放电。 9.5.6 放电模式 没有任何外接交流电源时，在放电回路中串联电流测试设备，启动放电设备，至放电结束。放电过程中不允许对被测设备充电。 9.5.7 充电过程中电池管理系统测量精度测试 9.5.7.1以9.5.6方式放电，至电源全部释放出能量。 9.5.7.2以9.5.5方式充电，实时监测各单体电池的电压、电池组的充电电流、各单体电池的温升与温度，各单体电池电压在充电过程中应不高于最高允许电压、电池组最大电流不得超过最大允许充电电流、各单体电池的温升与温度应符合产品技术文件中的要求。 在测试过程中，应不少于5次对电源显示的各单体电池电压、各单体电池温度、电池组电压、充电电流等与检测值比较，精度应满足7.4.1的要求。 9.5.8 按照9.5.7的测试试验结束1h时测量各单体电池电压值，各单体电池电压应满足7.4.10要求。 9.5.9 放电过程中电池管理系统测量精度测试 9.5.9.1 以9.5.5方式充电，至电源充电结束。 9.5.9.2 以9.5.6方式放电。实时监测各单体电池的电压、电池组的放电电流、各单体电池的温升与温度，各单体电池电压在放电过程中应不低于最低允许电压、电池组最大电流不得超过最大允许放电电流、各的单体电池的温升与温度应符合产品技术文件中的要求。 在测试过程中，应不少于5次对电源指示的各单体电池电压、各单体电池温度、电池组电压、放电电流与检测值比较，精度应满足7.4.1要求。 9.5.9.3 实时记录放电电流值，至放电结束，放电电流值与放电时间的积分即为电源放电容量，检测值与电源的容量显示值比较，精度应满足7.4.1要求。 9.5.10 单体电池过充电压保护失效报警或显示测试 将被测设备按照9.5.5充电至充电结束。使电源过充保护电路失效，启动充电设备（充电电流不高于被测设备额定充电电流的0.2倍），至被测设备某只单体电池最高电压至最高允许电压的1.03倍，观查电源的报警或显示状态。 9.5.11 单体电池过放电压保护失效报警或显示测试 将电源按照9.5.6放电至放电结束。使电源过放保护电路失效，启动放电设备（放电电流不高于被测设备额定输出电流的0.2倍），至电源中某只单体电池的最低电压低至最低允许电压的0.97倍，观查电源的实际状态及报警或显示状态。 9.5.12充电过流保护测试 将电源按照9.5.5充电，逐渐增加充电设备的输出电流，至电池组最高允许充电电流值的110%，电源应实现充电过流保护，观查被测设备的实际状态及报警或显示状态。 9.5.13放电过流保护测试 以9.5.6方式放电，至电源释放出全部容量的70%，在电源的输出端施加过流检测负载，使电源理论释放电流值为其放电保护电流的1.2倍，电源应实现放电过流保，检查电源的实际状态及报警或显示状态。 9.5.14 输出短路保护测试 以9.5.6方式放电，至电源释放出全部容量的70%，在电源的输出端施加短路检测负载（外部短路l0min，外部线路电阻应小于5mΩ），使电源输出处于短路状态，电源应实现短路保护，检查电源的实际状态及报警或显示状态。 9.5.15 超温保护功能测试 根据生产厂家所规定的单体电池最高表面温度（W），随机抽取电源某只单体电池温度检测装置置于温箱中，使电源处于放电或充电工作状态，由室温以3℃/min升温速率调节温箱温度（最高80℃），至电源超温保护，记录电源超温保护时温箱温度值，应与W值误差不大于3%，且不高于70℃。 9.5.16 输出短路保护恢复功能测试 以9.5.13 和9.5.14方式使电源输出进入实际保护及报警状态后。按照被测设备表明的恢复方式进行恢复，电源应进入正常状态。 9.5.17 耐充电电源极性反接功能测试 将电源充电（供电）的电源极性反接于电源充电（供电）端，启动充电（供电）设备，持续1min，关闭充电设备。试验结束后，按照9.5.8和9.5.9的方法，进行充电过程中电池管理系统测量精度测试和放电过程中电池管理系统测量精度测试。 9.5.18 自检报警或显示功能测试 断开电池信息采集线，电池管理系统应报警或显示。 9.6 依据相关标准对7.5、7.6、7.8条进行检验。 10 检验规则 检验分为出厂检验和型式检验，相关要求应符合表2要求。 表2 检验规则 序号 检验项目 技术要求 试验方法 出厂检验 型式检验 1 安全性能试验 7.1.1、7.1.2、7.1.3 9.2 √ √ 2 外观结构检查 7.2、7.3.2、7.3.3 9.1、9.3 √ √ 3 防爆性能与结构试验 7.3.1 9.4 — √ 4 最高表面温度 7.1.4 9.5.7 √ √ 5 监测精度测试 7.4.1 9.5.7、9.5.8 √ √ 6 单体电池过充电压保护测试 7.4.2 9.5.7 √ √ 7 过充电压保护失效报警或显示测试 7.4.3 9.5.10 √ √ 8 单体电池过放电压保护测试 7.4.4 9.5.9 √ √ 9 过放电压保护失效报警或显示测试 7.4.5 9.5.11 √ √ 10 充电过流保护测试 7.4.6 9.5.12 √ √ 11 放电过流保护测试 7.4.7 9.5.13 √ √ 12 输出短路保护测试 7.4.8 9.5.14 √ √ 13 单体电池温度监测报警或显示测试 7.4.9 9.5.15 √ √ 14 电池组均衡充电控制测试 7.4.10 9.5.8 √ √ 15 耐充电电源极性反接测试 7.4.11 9.5.17 √ √ 16 开路报警测试 7.4.12 9.5.18 √ √ 17 绝缘电阻和介电强度 7.5.1 9.6 √ √ 18 泄漏电流 7.5.2 9.6 √ √ 19 外壳防护性能 7.5.3 9.6 — √ 20 基本电气测试 7.6.1 9.6 √ √ 21 工作稳定性 7.6.2 9.6 √ √ 22 抗干扰性能 7.6.3 9.6 — √ 23 可靠性 7.6.4 9.6 — √ 24 环境适应性 7.6.5 9.6 — √ 25 恢复功能测试 7.7 9.5.16 √ √ 26 其他 7.8 9.6 √ √ 注：“√”表示应该进行的检验项目，“—”表示可不进行的检验项目。