矿用隔爆兼本安型金属氢化物镍蓄电池电源安全技术要求.docx

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矿用隔爆兼本安型金属氢化物镍蓄电池电源安全技术要求

矿用隔爆（兼本安）型金属氢化物镍蓄电池电源安全技术要求

（第一次征求意见稿）

B/T1.1_________________________________________________________________________________________________________________________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、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）型金属氢化物镍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）型金属氢化物镍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

GB3836.4-2010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

GB/T22084.2-2008含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式密封单体蓄电池第2部分金属氢化物镍电池

MT/T154.2-1996煤矿用电器设备产品型号编制方法和管理办法

MT209-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求

MT/T286煤矿通信、自动化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

MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源

QC/T744-2006电动汽车用金属氢化物镍蓄电池

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蓄电池组

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）型金属氢化物镍蓄电池电源

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。

简称电源系统。

3.5I5

5h率放电电流，其数值等于C5/5（A）。

4产品分类

4.1按用途分

a）监控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）型金属氢化物镍蓄电池电源。

5.2防爆标志

ExdI或Exd[ib]I

5.3产品型号

6技术要求

6.1单体蓄电池

6.1.1类型

应采用气密式金属氢化物镍蓄电池。

6.1.2外观

外观不得有变形及裂纹，表面应平整、干燥、无外伤、无污物等，且标志清晰正确。

6.1.3极性

端子极性应正确，并应有正负极的清晰标识。

6.1.4外形尺寸及质量

外形尺寸、质量应符合生产企业提供的技术条件。

6.1.520℃充放电性能

按7.2.5检验时，其容量不低于企业提供的技术条件中规定的额定值。

6.1.6-5℃充放电性能

按7.2.6试验时，其容量应不低于额定值的90%。

6.1.755℃充放电性能

按7.2.7试验时，其容量应不低于额定值的90%，电池最高温度不超过70℃。

6.1.8-30℃放电性能

按7.2.8试验时，其容量应不低于额定值的70%。

6.1.970℃放电性能

按7.2.9试验时，其容量应不低于额定值的85%。

6.1.10荷电保持与容量恢复能力

按7.2.10试验时，其荷电保持率应不低于额定值的80%，容量恢复能力应不低于额定值的90%。

6.1.11贮存

按7.2.11试验时，其容量恢复应不低于额定值的90%。

6.1.12循环寿命

按7.2.12试验时，其循环寿命应不少于600次。

6.1.13安全性

6.1.13.1电安全性

a）按7.2.13.1进行过放电试验时，应不爆炸、不起火、不漏液，放电容量不低于额定容量的80%。

b）按7.2.13.2进行过充电试验时，应不爆炸、不起火、不漏液，放电容量不低于额定容量的80%。

c）按7.2.13.3进行常温短路试验时，应不爆炸、不起火，表面温度不超过150℃。

d）按7.2.13.4进行高温短路试验时，应不爆炸、不起火，表面温度不超过150℃。

e）按7.2.13.5进行强制过放电试验时，应不爆炸、不起火。

6.1.13.2机械安全性

a）按7.2.13.6进行跌落试验时，应不爆炸、不起火、不漏液。

b）按7.2.13.7进行挤压试验时，应不爆炸、不起火。

c）按7.2.13.8进行针刺试验时，应不爆炸、不起火。

d）按7.2.13.9进行冲击试验时，应不爆炸、不起火。

e）按7.2.13.10进行振动试验时，应不爆炸、不起火、不漏液、不排气。

6.1.13.3环境安全性

a）按7.2.13.11进行加热试验时，应不爆炸、不起火。

b）按7.2.13.12进行低压试验时，应不爆炸、不起火、不漏液、不排气。

c）按7.2.13.13进行温度循环试验时，应不爆炸、不起火、不漏液、不排气。

d）按7.2.13.14进行析气试验时，应不排气。

6.1.13.4循环安全性

按7.2.13.15进行循环安全性能测试，应满足6.1.13.1、6.1.13.2、6.1.13.3中的各项要求。

6.1.13.5安全装置动作性能

安全装置动作性能应符合GB/T22084.2-2008中7.7的规定。

6.2电池组

6.2.1外观

6.2.1.1外观不得有变形及裂纹，表面应平整干燥、无外伤，且排列整齐、连接可靠、标志清晰等。

6.2.1.2电池组中的单体电池应采用串联方式。

6.2.1.3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。

6.2.2极性

端子极性应正确，并应有正负极的清晰标识。

6.2.320℃放电容量

按7.3.4检验时，其容量不低于企业提供的技术条件中规定的额定值。

6.2.4一致性

按7.3.5检验时，单体蓄电池电压差别不超过20mV。

6.2.5安全性

________________________________________________________________________________________________________________________________.4____________________________________________________________________________________________________________________________a）按7.3.6.1进行耐振动性试验时，不允许出现放电电流锐变、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。

b）按7.3.6.2进行过放电试验时，应不爆炸、不起火、不漏液,表面温度不超过150℃.

c）按7.3.6.2进行过充电试验时，应不爆炸、不起火,表面温度不超过70℃

d）按7.3.6.2进行短路试验时，应不爆炸、不起火,表面温度不超过70℃

e）按7.3.6.3进行部分短路试验时，应不爆炸、不起火,表面温度不超过150℃

f）按7.3.6.2进行加热试验时，应不爆炸、不起火,表面温度不超过150℃

g）按7.3.6.2进行挤压试验时，应不爆炸、不起火,表面温度不超过150℃

h）按7.3.6.2进行针刺试验时，应不爆炸、不起火,表面温度不超过150℃

6.3电源电池管理系统

6.3.1电源应具备电池管理系统

6.3.2电池组应采用恒流，其恒流特性应在产品企业标准中明确。

6.3.3应对蓄电池组及单体电池电压、蓄电池组温度，电源系统的电压、电流、容量等参数进行检测和显示，误差应满足表1的要求。

表1

参数

蓄电池组及单体电池电压

蓄电池组温度

电源系统电流

电源系统电压

电源系统容量

误差

≤2%

±2℃

≤2%

≤2%

≤5%

注：

蓄电池组温度测量时应测量蓄电池组中间电池的温度。

6.3.4应具备蓄电池组及单体电池过充电压保护，保证电池组及单体电池组的电压不高于其最高允许电压

6.3.5应具备蓄电池组过充电压保护失效报警或显示功能，当蓄电池组过充电压保护失效时应声光报警或显示。

6.3.6应具备蓄电池组及单体电池过放电压保护，保证蓄电池组及单体电池的电压不低于其最低允许电压。

6.3.7应具备蓄电池组及单体电池过放电压保护失效报警或显示功能，当蓄电池组及单体电池过放电压保护失效时应声光报警或显示。

6.3.8应具备充电过流保护，当电源系统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。

6.3.9应具备放电过流保护，当电源系统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。

6.3.10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。

6.3.11应对每个蓄电池组进行温度监测，当任一蓄电池组温度超出最高允许温度时，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。

6.3.12应具有防止反向充电的措施，且应具有耐充电电源极性反接的功能。

6.3.13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。

6.3.14在电源正常工作及进行各项试验时，其各单体电池的最高表面温度不应超过70℃。

6.4电源的电气安全性能

6.4.1绝缘电阻和工频耐压应符合MT/T661和GB14048.1的规定。

6.4.2泄漏电流应符合MT/T408-1995中4.8.3的规定。

6.4.3外壳防护性能应符合GB3836.1～4-2010、MT209-1990中9.1.1的规定。

6.5电源的电气性能

6.5.1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；运输车辆用电源的技术指标与功能应符合QC/T744-2006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。

在充、放电过程中各单体电池的最高温度不应超过70℃。

6.5.2工作稳定性应符合MT/T1078-2008中4.11的规定，在充、放电过程中各单体电池的最高温度不应超过70℃。

6.5.3抗干扰性能宜符合MT/T1078-2008中4.12的规定。

6.5.4可靠性宜符合MT/T1078-2008中4.13的规定。

6.5.5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不低于6.4（电源系统容量除外）和MT/T1078-2008的规定。

在充、放电过程中各单体电池的最高温度不应超过70℃。

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、排气等现象，并保持连接可靠、结构完好、不允许装机松动。

6.5.6当电源系统发生故障后，应明确故障排除后的自动或手动恢复方式。

6.5.7当电源系统包含充电、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。

6.6防爆要求

6.6.1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。

6.6.2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2Mpa的静压试验。

6.6.3单体电池或电池组应放置在独立的隔爆腔内，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检验方法

7.1试验条件

7.1.1环境条件

除另有规定外，试验应在正常环境条件下进行：

a）环境温度：

15～35℃；

b）相对湿度：

45%～75%；

c）大气压力：

86～106kPa。

7.1.2测量仪器与设备

7.1.2.1计量仪器的准确度和测量范围应能保证所测指标的精度。

7.1.2.2测量仪器和设备的选用应符合所测的特性。

7.1.2.3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。

7.2单体蓄电池

7.2.1类型、外观

在良好的光线条件下，用目测法检查蓄电池的类型及外观，并检查由电池生产厂家提供的电池类型证明材料。

7.2.2极性

用电压表检测蓄电池极性。

7.2.3外形尺寸及质量

用量具和衡器测量蓄电池的外形尺寸及质量。

7.2.4充电

在20℃±5℃通风环境条件下，蓄电池先以1I5（A）电流放电至终止电压1.0V，搁置1h，然后以0.5I5（A）电流恒流充电12h，搁置1h。

7.2.520℃充放电性能

蓄电池按7.2.4方法充电后，在20℃±5℃下以1I5（A）电流进行放电至终止电压1.0V，用电流值和放电时间数据计算容量（以Ah计）。

如果计算值低于额定值，则可以重复进行容量测试，直至大于或等于规定值，允许5次。

7.2.6-5℃充放电性能

蓄电池在-5℃±3℃条件下贮存不少于6h，在相同环境温度下蓄电池以0.5I5（A）电流恒流充电12h，搁置1h，然后在相同环境温度下以1I5（A）电流放电至终止电压1.0V。

用电流值和放电时间数据计算容量（以Ah计），并表达为额定容量的百分数。

7.2.755℃充放电性能

蓄电池在55℃±3℃条件下贮存不少于5h，在相同环境温度下蓄电池以0.5I5（A）电流恒流充电12h，搁置1h，然后在相同环境温度下以1I5（A）电流放电至终止电压1.0V。

用电流值和放电时间数据计算容量（以Ah计），并表达为额定容量的百分数。

充放电过程中同时测量电池表面温度最高处的温度，应满足6.1.6的要求。

7.2.8-30℃放电性能

蓄电池按7.2.4方法充电后，在-30℃±3℃条件下贮存不少于6h，在相同环境温度下以0.5I5（A）电流放电至终止电压1.0V。

用电流值和放电时间数据计算容量（以Ah计），并表达为额定容量的百分数。

7.2.970℃放电性能

蓄电池按7.2.4方法充电后，在70℃±2℃条件下贮存不少于5h，在相同环境温度下以1I5（A）电流放电至终止电压1.0V。

用电流值和放电时间数据计算容量（以Ah计），并表达为额定容量的百分数。

7.2.10荷电保持与容量恢复能力

蓄电池按7.2.4方法充电，然后在20℃±5℃下贮存28天。

在20℃±5℃下，以1I5（A）电流放电，直到放电终止电压1.0V。

用电流值和放电时间数据计算容量（以Ah计），荷电保持能力可以表达为额定容量的百分数。

然后按7.2.5的方法进行容量恢复能力测试。

7.2.11贮存

蓄电池按7.2.4方法充电后，在20℃±5℃下，以1I5（A）电流放电3h，在20℃±5℃下贮存90天。

然后蓄电池按7.2.4方法充电，在20℃±5℃下，以1I5（A）电流放电，直到放电终止电压1.0V。

计算放电容量（以Ah计），容量恢复能力可以表达为额定容量的百分数，如果容量低于6.1.10中的规定值，可重复进行容量测试，最多可以重复5次。

7.2.12循环寿命

蓄电池在20℃±5℃下，以0.5I5（A）电流恒流放电12h，搁置1h，在20℃±5℃下，以1I5（A）电流恒流放电至终止电压1.0V，搁置1h后，循环进行上述的充放电试验，直至放电容量低于额定容量的60%。

7.2.13安全性

所有安全试验均在有充分环境保护的条件下进行。

7.2.13.1过放电

QC/T744-2006的6.2.10.2的规定进行。

7.2.13.2过充电

QC/T744-2006的6.2.10.3或GB/T22084.2-2008的7.6的规定进行。

7.2.13.3常温短路

蓄电池按7.2.4方法充电后，在20℃±5℃下，将蓄电池经外部短路，外部线路电阻应小于5mΩ，短路时间10min，短路过程中测量蓄电池表面温度。

7.2.13.4高温短路

蓄电池按7.2.4方法充电后，在55℃±2℃下，将蓄电池经外部短路，外部线路电阻应小于5mΩ，短路时间10min，短路过程中测量蓄电池表面温度。

7.2.13.5强制过放电

蓄电池按7.2.4方法充电后，在20℃±5℃条件下，以1I5（A）电流放电到终止电压0V后，再将放电电流增加到3I5（A），并保持10min。

7.2.13.6跌落

蓄电池按7.2.4方法充电后，在20℃±5℃下，从1.5m高度处自由跌落到厚度为20mm的硬木地板上，每面一次。

有接线柱的一面不进行跌落试验。

7.2.13.7挤压

蓄电池按7.2.4方法充电后，按下列条件进行试验。

挤压方向：

垂直于蓄电池极板方向施压。

挤压面积：

不小于20cm2。

挤压程度：

直至蓄电池壳体破裂或内部短路（蓄电池电压变为0V）为止。

7.2.13.8针刺

蓄电池按7.2.4方法充电后，用φ3mm～φ8mm的耐高温钢针、以10~40mm/s的速度，从垂直于蓄电池极板的方向贯穿（钢针停留在蓄电池中）。

7.2.13.9冲击

蓄电池按7.2.4方法充电后，在20℃±5℃下，将蓄电池放置于平台上，将一根Φ15.8mm的铁棒放置于电池中央，用9.1±0.46kg重物从61±2.5cm高度自由落体到铁棒上（1次）。

7.2.13.10振动

蓄电池按QC/T744-2006的6.3.7的规定进行。

7.2.13.11加热

蓄电池按7.2.4方法充电后，置于85℃±2℃恒温箱内，并保温120min。

7.2.13.12低压

蓄电池按7.2.4方法充电后，置于密封的真空炉中，将真空炉内部压力下降至低于11.6kPa并维持6h。

7.2.13.13温度循环

蓄电池按7.2.4方法充电后，置于高低温箱中，再

（1）30min内将温度升高至70±3℃并维持4h；

（2）30min内将温度降至20±3℃并维持2h；（3）30min内将炉温降至-40±3℃并维持4h；（4）30min内将温度升至20±3℃。

重复

（1）~（4）步10个循环。

将蓄电池在室温下搁置24h。

检测过程观察安全阀应无排气现象。

7.2.13.14析气

将蓄电池放置于酒精中，酒精没过电池安全阀，分别在20±5℃、-5±3℃和55℃±3下按7.2.5、7.2.6和7.2.7的规定进行检测，检测过程中安全阀应无气泡冒出。

7.2.13.15循环安全性能测试

将蓄电池按7.2.10的方法循环300次。

然后按7.2.13.1～7.2.13.14的方法进行安全性能测试，应满足6.1.12.4的要求。

7.2.13.16安全装置动作性能测试

按GB/T22084.2-2008中7.7的规定进行。

7.3蓄电池组

7.3.1外观

在良好的光线条件下，用目测法检查蓄电池的外观。

7.3.2极性

用电压表检测蓄电池极性。

7.3.3充电

在20℃±5℃通风环境条件下，蓄电池先以1I5（A）电流放电至终止电压（n×1.0）V，搁置1h，然后在同一温度下，以0.5I5（A）电流恒流充电11h，搁置1h。

注：

n为电池组或电池组内串联单体电池数，下同。

7.3.420℃放电容量

蓄电池组按7.3.3方法充电后，在20℃±5℃条件下以1I5（A）电流放电至蓄电池组电压达到终止电压（n×1.0）V，计算放电容量（以Ah计）。

如果计算值低于额定值，则可以重复进行放电容量测试直至大于或等于额定值，最多允许5次。

7.3.5一致性

蓄电池组按7.3.4方法进行测试，当充电及放电到额定容量的80%时，测量电池组中每只电池的电压。

7.3.6安全性

7.3.6.1蓄电池组耐振动试验按QC/T744-2006中6.3.7条进行试验。

7.3.6.2蓄电池组的过放电、过充电、短路、加热、挤压、针刺等试验按QC/T744-2006中6.3.8条进行试验。

7.3.6.3部分短路

蓄电池组按7.3.3方法充电后，在20℃±5℃条件下，用外接电阻（＜5mΩ）突然短路电池组中间的2只电池，短路10min或直到电池发生起火、爆炸等。

防爆

7.4电池管理系统测试

在进行充电过程中电池管理系统测量精度测试时进行监测。

7.4.1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。

7.4.2根据电源系统充电和放电要求，配备相应的充电和放电设备；电源系统自带充电功能可不配充电设备。

7.4.3蓄电池组及单体电池上连接电压测试设备。

7.4.4蓄电池组上连接温度测试设备。

7.4.5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。

7.4.6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。

7.4.7充电过程中电池管理系统测量精度测试

7.4.7.1以7.4.6方式放电，至电源全部释放出能量。

7.4.7.2以7.4.5方式充电，实时监测各蓄电池组及单体电池的电压、电源系统的充电电流、各蓄电池组的温升与温度，各蓄电池组及单体电池电压在充电过程中应不高于最高允许电压、电源系统最大电流不得超过最大允许充电电流，恒流特性应符合产品企业标准的规定，各蓄电池组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次对电源显示的各蓄电池组及单体电池电压、各蓄电池组温度、电源系统电压、充电电流等与检测值比较，精度应满足表1的要求。

在充电过程中，各单体电池的电压不应超过规定的电压最高值。

7.4.8放电过程中电池管理系统测量精度测试

7.4.8.1以7.4.5方式充电，至电源充电结束。

7.4.8.2以7.4.6方式放电。

实时监测各蓄电池组的电压、电池组的放电电流、各蓄电池组的温升与温度，各蓄电池组电压在放电过程中应不低于最低允许电压、电源系统最大电流不得超过最大允许放电电流、各的蓄电池组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次对电源指示的各蓄电池组电压、各蓄电池组温度、电池组电压、放电电流与检测值比较，精度应满足表1要求。

7.4.8.3实时记录放