IEC 60335-1第6.0版對(duì)電池供電器具的要求淺析

王伯燕 畢崇強(qiáng) 紀(jì)賽 徐傳芳

（1.中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司，北京 100176；2.中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心，北京 100070；3.安徽中認(rèn)倍佳科技有限公司，安徽滁州 239000）

電池指將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。1799 年伏打發(fā)明伏打電池，1887 年赫勒森發(fā)明干電池，1992 年Sony 成功開發(fā)鋰離子電池，電池至今已有200 多年的發(fā)展歷史。使用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓和電流的較長(zhǎng)時(shí)間供電；同時(shí)電池方便攜帶，受外界影響較小，充放電操作簡(jiǎn)便易行，性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代社會(huì)生活中的各個(gè)方面都發(fā)揮著很大作用，大量應(yīng)用在電動(dòng)工具、筆記本電腦、手機(jī)、剃須刀、電動(dòng)牙刷等便攜式小家電上。隨著電池的能量密度持續(xù)提升，電池續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)，由電池故障引起的家電起火、爆炸的事件也越來越多，對(duì)用戶造成了傷害，同時(shí)也給相關(guān)企業(yè)帶來巨大損失[1]。新版IEC 60335-1:2020《家用和類似用途電器的安全 通用要求》標(biāo)準(zhǔn)[2]中增加了關(guān)于電池供電器具的相關(guān)要求。本文試對(duì)IEC 60335-1:2020 標(biāo)準(zhǔn)6.0 版附錄B 關(guān)于電池供電器具的相關(guān)要求進(jìn)行介紹和解讀。

近年來由于鋰離子電池引發(fā)的火災(zāi)、爆炸等傷人事故越來越多，鋰離子電池安全問題引起了社會(huì)的高度關(guān)注。尤其2012年，億緯鋰能電池工廠電池老化實(shí)驗(yàn)室電池正負(fù)極短路引起火災(zāi)和爆炸，鋰離子電池全問題引起工信部高度重視。工信部于2015 年9 月7 日發(fā)布《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》，規(guī)范鋰電池的企業(yè)規(guī)模及工藝技術(shù)要求。2015 年12 月9 日印發(fā)的《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法》對(duì)于從事電池正負(fù)極材料、隔膜、電解液、電池組等生產(chǎn)企業(yè)提出了經(jīng)營(yíng)管理?xiàng)l件。這些措施對(duì)規(guī)范鋰電池生產(chǎn)企業(yè)管理，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高鋰電池生產(chǎn)安全有良好的指導(dǎo)作用。

1 適用范圍

IEC 60335-1 標(biāo)準(zhǔn)第6.0 版附錄B 適用于使用原電池和可充電電池的電池供電器具和遙控器。電池包括以及可拆卸電池和可分離電池。

當(dāng)電池供電器具是以幾個(gè)組件的形式交付用戶時(shí)，可拆卸的電源部分適用IEC 60335-1 標(biāo)準(zhǔn)第6.0 版附錄B。圖1 為四種常見分離組件交付的器具示意圖。

圖1 四種常見的分離組件形式交付的器具示意圖

圖1 中：CA 為完整器具；A 為器具的功能部分；B 為電池；S 為用戶家中的電源；CC 為轉(zhuǎn)換電路；……為可拆卸連接；為不可拆卸連接。

在這四種器具中：圖1（a）所示器具，包含轉(zhuǎn)化電路和電池的器具功能部分適用附錄B；圖1（b）所示器具，包含電池的器具功能部分適用附錄B；圖1（c）所示器具，包含轉(zhuǎn)化電路和電池的器具功能部分適用附錄B；圖1（d）所示器具，器具的功能部分和電池以及電池一起的轉(zhuǎn)換電路適用附錄B。

2 試驗(yàn)條件

電池供電器具在進(jìn)行輸入功率、電流及發(fā)熱試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使用充滿電的電池來操作器具以實(shí)現(xiàn)其預(yù)期的功能。如果器具使用可更換電池供電，使用人工電源給器具供電以執(zhí)行其預(yù)期的功能。如果用于連接電池的電源端子沒有極性指示，則應(yīng)施加較不利的極性組合，除非由于器具的結(jié)構(gòu)能確保不會(huì)裝錯(cuò)電池。

如果器具使用說明中指出電池可更換為人工電源，則試驗(yàn)時(shí)用直流電源代替電池，每個(gè)電源的特性應(yīng)與對(duì)應(yīng)類型電池的特性相同。常見電池類型的特性如表1 所示。

表1 常見電池類型的特性

3 技術(shù)要求

3.1 標(biāo)志和說明要求

由電池供電的器具和裝有電池的遙控器應(yīng)標(biāo)有電池的系列號(hào)。裝有可更換電池的器具應(yīng)標(biāo)有電池系列號(hào)、電池電壓和端子的極性。裝有電池的器具的使用說明中應(yīng)有電池充電的正常溫度范圍、電池型號(hào)、安全處理廢舊電池的細(xì)節(jié)、如何處理漏液的電池等要求。裝有不可充電電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明該器具包含不可充電的電池，這些電池不可充電。裝有不能由用戶更換的電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明該器具包含只能由技術(shù)人員更換的電池。裝有不可更換電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明該器具包含不可更換的電池?？捎捎脩羧∠鲁潆娀蚋鼡Q電池的家電器具的使用說明，應(yīng)說明充電的注意事項(xiàng)、廢舊電池如何處理以及其他器具安全的注意事項(xiàng)。

電池中含有大量的重金屬、酸、堿等物質(zhì)[3]。當(dāng)電池廢棄后，經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬、雨水沖刷，使得電池中的重金屬與酸堿等泄漏出來，直接暴露于自然環(huán)境，電池中的重金屬會(huì)對(duì)河流、湖泊等水環(huán)境和土壤環(huán)境造成污染。無論是在土壤還是水中的重金屬一旦被人攝入體內(nèi)，便會(huì)隨著血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入人的內(nèi)臟、毛發(fā)、骨頭等器官或組織中。當(dāng)體內(nèi)重金屬富集到一定程度，身體便會(huì)發(fā)生病變。器具的使用說明應(yīng)對(duì)電池的安全使用和廢舊電池的處理處置給出合理的建議。

3.2 發(fā)熱試驗(yàn)要求

對(duì)于使用可拆卸電池或?yàn)榱顺潆娔康亩c器具斷開連接的可分離電池供電家電器具進(jìn)行發(fā)熱試驗(yàn)時(shí)，器具一直工作到電池電量耗盡。然后立即用使用說明中提供或指示的電池替換電量耗盡的電池，重復(fù)測(cè)試，直到由于電池電量耗盡而使器具不再運(yùn)行，或者直到溫升穩(wěn)定到比第一次測(cè)試中在相同位置測(cè)得的溫升高出不超過5 K 為止，以先到者為準(zhǔn)。

對(duì)于裝有一體式電池或未從器具上斷開以進(jìn)行充電的可分離電池，而且電池充電時(shí)無法正常工作的器具，發(fā)熱試驗(yàn)時(shí)器具連續(xù)運(yùn)行，直到由于電池電量耗盡。對(duì)于使用可更換電池或原電池供電的器具，發(fā)熱試驗(yàn)時(shí)器具工作持續(xù)到達(dá)到表1 中指定的最小電池容量或確定穩(wěn)定條件，以先到者為準(zhǔn)。

3.3 非正常工作的要求

將器具的電源端子連接到相反極性的電池端子進(jìn)行非正常試驗(yàn)，除非器具結(jié)構(gòu)能確保用戶不能將電池反接。

如果結(jié)構(gòu)允許用戶反接電池，在器具能工作的前提下，將一個(gè)或多個(gè)電池反接。

對(duì)帶電動(dòng)機(jī)的電池供電器具，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的端子依次短路，其中短路電阻不超過10 mΩ，且器具按照第11 章發(fā)熱規(guī)定的條件下工作。試驗(yàn)一直持續(xù)到穩(wěn)定狀態(tài)建立，包括恢復(fù)到室溫或至少經(jīng)過3 小時(shí)。

具有使用金屬離子電池的器具，在所有電池都充滿電的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)于由一個(gè)以上電池組成的電池，一個(gè)電池要在與器具連接的可拆卸電池或可分離電池上或在包含內(nèi)置電池的器具上完全放電。電池的主放電連接短路，電阻不超過10 mΩ。試驗(yàn)一直持續(xù)到非自復(fù)位保護(hù)裝置動(dòng)作或一個(gè)預(yù)置薄弱環(huán)節(jié)成為永久性開路，或到測(cè)試樣品恢復(fù)至室溫。

電池供電器具和除電源軟線外的任何軟線均在連接電池時(shí)進(jìn)行測(cè)試，每次施加一個(gè)故障：（1）器具和可分離電池之間任一電線上任意點(diǎn)處將軟線短路；（2）將電池的端子短路；（3）13 號(hào)試驗(yàn)探棒可觸及的充電端子短路。

電池供電器具通電，不施加額外的機(jī)械負(fù)載。試驗(yàn)持續(xù)到穩(wěn)定狀態(tài)建立，包括恢復(fù)到室溫，或至少3 小時(shí)。短路電阻不應(yīng)超過10 mΩ。

上述試驗(yàn)過程中，器具不應(yīng)噴射出火焰、熔融金屬或有毒或可燃?xì)怏w，且溫度不得超過規(guī)定值。試驗(yàn)期間和試驗(yàn)結(jié)束后，電池不得發(fā)生著火或爆炸。

3.4 穩(wěn)定性和機(jī)械危險(xiǎn)要求

器具外殼應(yīng)能承受一體式金屬離子化學(xué)電池在故障期間排氣時(shí)產(chǎn)生的壓力。外殼中允許氣體通過的無障礙開口的總面積不得小于表2 中規(guī)定的值。通過直徑為（2.85±0.05）mm 的孔板，以2070 kPa±10%的初始超壓，將規(guī)定數(shù)量的空氣注入密封室內(nèi)。密封室內(nèi)的超壓應(yīng)在30 秒內(nèi)降至70 kPa 以下，而不會(huì)對(duì)密封室造成任何意外的破裂損壞。

表2 金屬離子電池的開口總面積

3.5 機(jī)械強(qiáng)度要求

手持式電池供電器具、可分離電池和可拆卸電池進(jìn)行自由落體試驗(yàn)。試驗(yàn)前將電池充滿電，將器具從1 m 的高度跌落到混凝土表面3 次，樣品的起始位置應(yīng)能改變撞擊點(diǎn)。完成上述試驗(yàn)后，器具不得著火、不得有從外殼外部可見的液體泄漏或爆炸，并且器具的穩(wěn)定性和機(jī)械危險(xiǎn)、電氣間隙、爬電距離都要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

跌落試驗(yàn)后，如果電解液只是輕微滲漏，短時(shí)間內(nèi)電池的電壓和內(nèi)阻無異常變化[4]，不會(huì)發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)。如果電解液滲漏達(dá)到一定量，就可能會(huì)發(fā)生后續(xù)偶合反應(yīng)，造成電池外部短路現(xiàn)象，電池的內(nèi)阻變小，電池會(huì)急速發(fā)熱，會(huì)有起火爆炸的危險(xiǎn)。所以跌落試驗(yàn)結(jié)束后，需要將被測(cè)樣品靜置在安全地點(diǎn)12 小時(shí)后再觀察有無異常。

3.6 結(jié)構(gòu)要求

電池系統(tǒng)元件之間的用戶可觸及接口不應(yīng)使用符合IEC 60320 或IEC 60309-2 的器具耦合器。除非電池系統(tǒng)受到充分保護(hù)防止使用不正確的電源，電池系統(tǒng)元件之間的用戶可觸及接口（非電源連接）不應(yīng)采用外徑不超過6.5 mm的筒形連接器，或直徑為3.5 mm 或更小的符合IEC 60603-11 的同心連接器。

在發(fā)熱試驗(yàn)過程中，可拆卸電池和可分離電池的外表面應(yīng)有保護(hù)，以防器具工作期間可能存在的熱源（直接或通過加熱的放電空氣）產(chǎn)生過多熱量。電池通風(fēng)孔的阻塞不得妨礙器具正常工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

電池和電池組的安全性與其使用的材料、設(shè)計(jì)、制造工藝、包裝運(yùn)輸及用戶使用條件有關(guān)。其中使用條件包含了正常使用條件、可預(yù)見的誤用條件和故障條件，還包括影響其安全的環(huán)境條件例如使用環(huán)境溫度、海拔高度等影響因素[5]。

IEC 60335-1 標(biāo)準(zhǔn)附錄B 中的要求是基于使用鋰離子化學(xué)物質(zhì)的電池系統(tǒng)，因此其他金屬離子和較新的化學(xué)物質(zhì)可能具有這些要求或參考電池標(biāo)準(zhǔn)未完全考慮的特性和性能。隨著市場(chǎng)對(duì)電池能量密度要求的不斷提高，其面臨的安全性問題日益顯著，相關(guān)家電及消費(fèi)電子標(biāo)準(zhǔn)也開始重視電池的安全性測(cè)試和相關(guān)評(píng)價(jià)。本文對(duì)電池供電器具的安全的部分要求進(jìn)行了分析，可為電池生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的測(cè)試提供一些參考。為了提高電池使用安全性及品質(zhì)，在電池安全測(cè)試中可增加振動(dòng)、高低溫沖擊、浸水等濫用條件，充分考慮電池在實(shí)際使用過程中可能遇到的情況，進(jìn)一步完善電池安全測(cè)試。