矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求

矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求（征求意见稿）随着煤炭工业的发展和矿山装备技术进步，安全监控系统、应急救援设备、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防爆锂离子蓄电池电源产品的分类、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充电的矿用防爆锂离子蓄电池电源的安全标志申办。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一部分总则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PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建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防爆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。3.5功率型蓄电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输入的蓄电池。3.6能量型蓄电池以高能量密度为特点，主要用于高能量输出的蓄电池。4产品名称与型号4.1产品名称矿用隔爆（或隔爆兼本安）型锂离子蓄电池电源。4.2产品型号PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建技术参数至少应包括以下技术参数：（1）防爆标志：ExdI或Exd[ib]I；（2）单体电池标称电压（V）和容量（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）电源中串联的单体电池个数（个）；（6）电池组的标称电压（V）；（7）电池组的额定能量（Wh）；（8）最大允许充电电流（A）；（9）最大允许放电电流（A）；（10）电源的标称充电电流（A）；（11）电源的标称放电电流（A）；（12）电源输入和输出参数。6技术要求6.1选用的单体电池应为安全性能较高的锂离子蓄电池，如磷酸铁锂蓄电池等。鉴于目前大容量锂离子蓄电池的生产工艺和安全性能控制还存在诸多问题，暂规定单体电池的最大容量不超过60Ah。单体电池及电源总能量，Wh补充特征，P-功率型，不标注为能量型电源最大输出电压，V防爆型式，隔爆型为B，隔爆兼本安型为J产品类型，电源箱DX□□/□□()设计修改序号，用A、B…表示PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建《矿灯用锂离子蓄电池》中4.4的要求。6.2选用的单体电池类型、规格、技术参数应一致，并为同一制造厂家生产的产品。6.3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。6.4隔爆腔内不允许单体电池或电池组任何形式的并联。6.5防爆结构和性能应满足GB3836.1~4-2010的要求，防爆外壳的耐压试验应按ⅡC类爆炸性环境要求进行考核。6.6应根据单体电池的结构特点，在产品技术条件中明确规定单体电池在充、放电过程中的最大允许温升，但最高温度不超过70℃。6.7应具备电池管理系统，并满足以下基本要求：6.7.1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监测和显示，基本误差应满足表1的要求。表1电池（组）参数监测基本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基本误差≤0.5%≤3℃≤3%≤0.5%≤3%6.7.2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。6.7.3应具备单体电池过充电压保护失效报警功能，当单体电池过充电压保护失效时应报警。6.7.4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。6.7.5应具备单体电池过放电压保护失效报警功能，当单体电池过放电压保护失效时应报警。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建应具备过充电流保护，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内报警。6.7.7应具备过放电流保护，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内报警。6.7.8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内报警。6.7.9应对每个单体电池进行温度监测，当单体电池温度超出6.5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，并报警。6.7.10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%。6.7.11应具有耐充电电源极性反接的功能。6.7.12当电池组发生故障报警后，应明确故障排除后的自动或手动恢复方式。6.7.13当电池信息采集线发生开路时，应报警。6.8电气安全性能应满足以下要求：6.8.1绝缘电阻和介电强度应符合GB14048.1-2006的规定。6.8.2泄漏电流应符合MT/T408-1995中4.8.3的规定。6.8.3外壳防护性能应符合MT209-1990中9.1.1的规定。6.9电气性能应符合以下要求：6.9.1监控系统用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；机车用电源应满足QC/T743-2006的相关规定。6.9.2工作稳定性、抗干扰性能、可靠性应分别符合MT/T1078-2008中4.11、4.12、4.13的规定。6.9.3环境适应性应符合MT/T408-1995中4.13的规定，试验后不应出PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建现放电电流锐变、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。6.10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。7检验方法7.1单体电池的类型、规格及电池组构成检验，采样目测的方法。7.2单体电池或电池组的安全性能检验，按MT/T1051-2007中5.6的规定进行。7.3单体电池或电池组放置方式的检验，采用目测的方法。7.4防爆性能和结构检验，执行GB3836.1~4-2010的相关规定。7.5电池管理系统测试7.5.1电源试验时只保留电池和电池管理系统，其他均拆除。7.5.2根据产品的充电和放电要求，配备相应的充电和放电设备。7.5.3各单体电池上连接电压测试设备。7.5.4各单体电池上连接温度测试设备。7.5.5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。7.5.6放电模式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。7.5.7充电过程中电池管理系统测量精度测试7.5.7.1以7.5.6方式放电，至被测设备全部释放出能量。7.5.7.2以7.5.5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PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建最高允许电压、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次对被测设备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6.6.1的要求。7.5.8按照7.5.7的测试试验结束1~3min内测量各单体电池电压值，各单体电池电压应满足6.7.10要求。7.5.9放电过程中电池管理系统测量精度测试7.5.9.1以7.5.5方式充电，至被测设备充电结束。7.5.9.2以7.5.6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次对被测设备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6.7.1要求。7.5.9.3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被测设备放电容量，检测值与被测设备的容量显示值比较，精度应满足6.7.1要求。7.5.10单体电池过充电压保护失效报警测试将被测设备按照7.5.5充电至充电结束。使被测设备过充保护电路不起作用，启动充电设备，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，观查被测设备的实际状态及报警状态。7.5.11单体电池过放电压保护失效报警测试将被测设备按照7.5.6放电至放电结束。使被测设备过放保护电路失效，启动放电设备，至被测设备中某只单体电池的最低电压低至最低允PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建倍，观查被测设备的实际状态及报警状态。7.5.12过充电流保护测试将被测设备按照7.5.5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%，被测设备应实现过充电流保护，观查被测设备的实际状态及报警状态。7.5.13过放电流保护测试以7.5.6方式放电，至被测设备释放出全部容量的70%，在被测设备的输出端施加过流检测负载，使被测设备理论释放电流值为其放电保护电流的1.2倍，被测设备应实现过放电流保护，检查被测设备的实际状态及报警状态。7.5.14输出短路保护测试以7.5.6方式放电，至被测设备释放出全部容量的70%，在被测设备的输出端施加短路检测负载，使被测设备输出处于短路状态，被测设备应实现短路保护，检查被测设备的实际状态及报警状态。7.5.15超温保护功能测试根据单体电池最高表面温度（W），将被测设备置于温箱中，使被测设备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℃），至被测设备超温保护，记录被测设备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℃。7.5.16输出短路保护恢复功能测试以7.5.13和7.5.14方式使被测设备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，被测设备应进入正常状态。7.5.17耐充电电源极性反接功能测试将被测设备充电（供电）的电源极性反接于被测设备充电（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7.5.8和7.5.9的方法，进行充电过程中电池管理系统测量精度测试PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建和放电过程中电池管理系统测量精度测试。7.5.18自检报警功能测试断开电池信息采集线，电池管理系统应报警。7.6依据相关标准对6.8、6.9、6.10条进行检验。8检验规则检验分为出厂