矿用隔爆兼本安型锂离子蓄电池电源安全技术要求.docx
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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要求
（第三次征求意见稿）
随着煤炭工业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、检验规则等内容。
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
GB3836.1-2010爆炸性环境第1部分：
设备通用要求
GB3836.2-2010爆炸性环境第2部分：
由隔爆外壳“d”保护的设备
GB3836.3-2010爆炸性环境第3部分：
由增安型“e”保护的设备
GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分：
由本质安全型“i”保护的设备
GB14048.1-2006低压开关设备和控制设备 第1部分 总则
MT/T154.2-1996煤矿用电器设备产品型号编制方法和管理办法
MT/T408-1995煤矿用直流稳压电源
MT209-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
MT/T1051-2007矿灯用锂离子蓄电池
MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源
QC/T743-2006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
（1）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；
（2）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；
（3）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；
（4）防爆柴油机起动机用电源；
（5）其它。
4.2按使用类型分
（1）后备电源；
（2）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基本要求：
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，宜采用软包装或使用塑料壳体材料。
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、柴油机起动机用电源及其它电源中单体电池的容量不超过100Ah。
7.1.3单体电池的安全性能应满足QC/T743-2006中5.1.11的要求，其中过充性能应满足MT/T1051-2007中4.4.3的规定，加热性能应满足QC/T743-2006和MT/T1051-2007中严酷的规定（即试验时间2h、试验温度130℃）。
此外，应满足还应满足MT/T1051-2007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60℃。
7.1.5单体电池的泄压装置应能可靠开启，开启压力由产品企业标准中规定。
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。
7.2.3电池组的安全性能应满足QC/T743-2006中5.2.7的要求，其中过充性能应满足MT/T1051-2007中4.4.3的规定，加热性能应满足QC/T743-2006和MT/T1051-2007中严酷的规定（即试验时间2h、试验温度130℃）。
此外，还应满足MT/T1051-2007中4.4.4条强制放电、4.4.7条重物冲击的要求。
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应能承受不小于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，且该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和防止锂电池安装时发生短路的熔断器以外的其他电气元件。
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表面温度，电池组的电压、电流、电池组容量等参数进行检测、显示和故障报警，测量误差应满足表1的要求，信息显示和故障报警应满足实际需要。
表1电池（组）参数测量误差要求
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
电池组能量
误差
≤2%
≤3%
≤2%
≤2%
≤6%
注1：
电池表面温度测量时应测量电池极耳处温度。
2：
允许误差应为测量值的百分数。
7.4.2应具备单体电池过充电压保护功能。
7.4.3应具备单体电池过充电压保护失效检测功能。
7.4.4应具备单体电池过放电压保护功能。
7.4.5应具备单体电池过放电压保护失效检测功能。
7.4.6应具备充电过流保护功能。
7.4.7应具备放电过流保护功能。
7.4.8应具备输出短路保护功能。
7.4.9应具有温度保护功能。
7.4.10应具备均衡充电控制功能。
7.4.11应具有耐充电电源极性反接的功能。
7.4.12应具有电池信息采集线是否断线的自检功能。
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MT/T1078-2008中4.9的规定。
7.5.2泄漏电流应符合MT/T408-1995中4.8.3的规定。
7.5.3外壳防护性能应不低于IP54。
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/T1078-2008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，且可在电池组实际容量小于最低允许容量时报警或显示；运输车辆用电源的技术指标与功能应符合QC/T743-2006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/T1078-2008中4.11的规定。
7.6.3环境适应性应符合MT/T1078-2008中4.14的规定，其主要技术指标和功能应满足7.4.1～7.4.10和MT/T1078-2008的规定。
7.7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
8.2.1一般要求
（1）计量仪器的准确度和测量范围应能保证所测指标的精度。
（2）测量仪器和设备的选用应符合所测的特性。
8.2.2主要测量仪器和设备
（1）测量电压、电流、时间用仪表准确度不低于±1%；
（2）测量温度用仪表准确度不低于±1%；
（3）被测电源本身不含显示、报警装置的，生产厂家应提供相关配套设备。
9检验方法
9.1单体电池的类型、规格及电池组构成，采用目测检查。
9.2单体电池和电池组的安全性能，按QC/T743-2006中6.2.12、6.3.8和MT/T1051-2007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，采用目测检查。
9.4防爆性能和结构检验，执行GB3836.1~4-2010的相关规定。
9.5在锂电池的空外壳内施加企业标准中规定的压力（5次），检查泄压装置是否可靠开启。
9.6电池管理系统测试
9.6.1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。
9.6.2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。
9.6.3各单体电池上连接电压测试设备。
9.6.4各单体电池上连接温度测试设备。
9.6.5充电模式
在充电回路中串联电流测试设备，启动充电设备，按产品企业标准中规定充电电流充电，至充电结束。
充电过程中不允许被测设备放电。
9.6.6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，以额定放电电流放电，至放电结束。
放电过程中不允许对被测设备充电。
9.6.7充电过程中电池管理系统测量精度测试
9.6.7.1以9.6.6方式放电，至电源全部释放出能量。
9.6.7.2以9.6.5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至充电结束，过程中应不高于最高允许电压，各单体电池的温升与温度应符合产品企业标准中的要求。
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。
9.6.8按照9.6.7的测试试验结束1h时测量各单体电池电压值，各单体电池中最高电压与最低电压值偏差应不大于个单体电池中最低电压值的2%。
9.6.9放电过程中电池管理系统测量精度测试
9.6.9.1以9.6.5方式充电，至电源充电结束。
9.6.9.2以9.6.6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至放电结束过程中应不低于最低允许电压，各单体电池的温升与温度应符合产品企业标准中的要求。
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。
9.6.9.3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能量，检测值与电源的能量显示值比较，精度应满足7.4.1要求。
9.6.10单体电池过充电压保护失效检测
将电源按照9.6.5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），至电源某只单体电池最高电压至最高允许电压的1.03倍，应在10s内报警或显示。
9.6.11单体电池过放电压保护失效检测
将电源按照9.6.6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，应在10s内报警或显示。
9.6.12充电过流保护测试
将电源按照9.6.5充电，至50～70%的额定容量，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，在100ms内断开与充电器连接，停止充电，并在10s内报警或显示。
9.6.13放电过流保护测试
以9.6.6方式放电，至释放出额定容量的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护，并在10s内报警或显示。
9.6.14输出短路保护测试
以9.6.6方式放电，至释放出额定容量的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。
9.6.15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，使电源处于放电工作状态并监测放电电流，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，停止放电，并报警或显示。
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℃。
9.6.16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9.6.8和9.6.9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，应满足7.4.1条的要求。
9.6.17自检报警或显示功能测试
断开电池信息采集线，应有声光报警或显示。
9.6.18能量测量功能测试
将电源按照9.6.5方法充电结束，将其中一只电池按照电源额定放电电流放电，至生产厂家规定的最低使用能量对应的储存电量的90%；在电源能量自检放电回路中串接能量检测装置，启动电源能量自检功能，至能量自检结束，电源能量显示与测量装置记录的误差应不大于6%；电源应报警或显示电池组能量不足故障。
9.7依据相关标准对7.5、7.6、7.7条进行检验。
10检验规则
10.1检验分为出厂检验和型式检验，相关要求应符合表2要求。
10.2产品检验项目有一项不合格，则判该产品不合格。
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、7.2.3
9.2
△
√
2
外观结构检查
7.2.1、7.2.2、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
9.6.7
√
√
5
泄压阀试验
7.1.5
9.5
—
√
6
测量精度测试
7.4.1
9.6.7、9.6.8
√
√
7
单体电池过充电压保护
7.4.2
9.6.7
√
√
8
过充电压保护失效检测
7.4.3
9.6.10
√
√
9
单体电池过放电压保护
7.4.4
9.6.9
√
√
10
过放电压保护失效检测
7.4.5
9.6.11
√
√
11
充电过流保护
7.4.6
9.6.12
√
√
12
放电过流保护
7.4.7
9.6.13
√
√
13
输出短路保护
7.4.8
9.6.14
√
√
14
单体电池温度监测
7.4.9
9.6.15
√
√
15
电池组均衡充电控制
7.4.10
9.6.8
√
√
16
耐充电电源极性反接
7.4.11
9.6.16
√
√
17
开路报警测试
7.4.12
9.6.17
√
√
18
能量测试功能
7.6.1
9.6.18
—
√
19
绝缘电阻和介电强度
7.5.1
9.7
√
√
20
泄漏电流
7.5.2
9.7
√
√
21
外壳防护性能
7.5.3
9.7
—
√
22
基本电气测试
7.6.1
9.7
√
√
23
工作稳定性
7.6.2
9.7
√
√
24
环境适应性
7.6.5
9.7
—
√
25
其他
7.7
9.7
√
√
注：
“√”表示应该进行的检验项目，“—”表示可不进行的检验项目，“△”表示入厂检验项目。
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