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測試要求和條件
作為核心的測試章節,共列出了十四項測試,預期使用條件下的測試為4項,合理可預見的誤用條件下的測試為11項。其中針對鎳系和鋰系電芯/電池各為12項,預期使用條件的測試4項,合理可預見的誤用條件下測試各9項。依據4.1章節規定的樣品預處理為充電以前,電池在20±5°C、0.2 It的恒流放電到規定終止電壓,然后在20±5°C用制造商聲稱的充電方法進行充電(除非標準另有規定)。
現在筆者就電池制造商和電池買家關心的或其他測試標準里極少提及的幾項測試作一個詳細的分析和解釋:
4.2.1章節的“連續低倍率充電”是模擬電池在正常使用過程中長期放置于充電器里未取的情況而設計的一個測試。此測試要求充滿電的電芯以制造商規定的電流連續充電28天。鎳系電芯判定標準為不起火、不爆炸;而鋰系電芯判定標準為不起火、不爆炸、不泄漏,比鎳系電芯多了一個“不泄漏”要求。這個測試是最早在IEC 62133中提出的,北美標準UL 1642里沒有此測試要求,修改采用了IEC 62133的日本標準JIS C 8712:2006《含堿性或其他非酸性的電芯和電池 便攜裝置用密封電芯和電池的安全要求》中保留了此項測試。
4.3.2章節的“外部短路測試”,要求將兩組充滿電的電芯或電池分別擱置在20±5°C和55±5°C的環境溫度中,用外部總阻值不高于100 mΩ的電阻將每只電芯或電池短路。滿足下列任意條件時即可停止試驗:電芯或電池短路持續24 h;外殼的溫度下降了最高溫升的20%(以兩者間達到較快的一個為準)。判定的標準是不起火、不爆炸。實際操作時,大多數電芯當內部溫度過高時,隔膜迅速切斷電路,外殼的溫度也就很快下降到最高溫升的20%,此時試驗就可以結束了。但對于有保護器件,而且該器件很快作用的電池而言,電池外殼的溫度在還沒有上升很高就被截止,故大多數情況下需要持續短路24 h才能結束測試。此項測試在UL 1642和JIS C 8714里都有,測試條件也基本相同。
4.3.2章節的“熱濫用測試”要求將充滿電的電芯在室溫下穩定后放入一個自然或循環空氣對流的恒溫箱中。恒溫箱以5±2°C /min的速率升溫至130±2°C。保持此溫度,10 min后停止試驗,判定標準為不起火、不爆炸。這個測試章節考量了在極度高溫時,電芯會不會由于隔膜收縮導致內部短路,從而由于內部溫度過高,導致著火或爆炸。此項測試是在UL 1642和JIS C 8714里都有的測試,測試條件也大致相同。
4.3.6章節的“擠壓測試”是模擬電芯在經受劇烈擠壓(例如在廢棄物擠壓器中進行處理)的情況。此測試要求充滿電的電芯在兩個平面間經受擠壓,由液壓油缸施加一個13±1 kN的擠壓力。擠壓以導致不利結果的方式進行,一旦擠壓力達到最大或電芯電壓降到了初始電壓的三分之一,則釋放壓力。圓柱形和方形電芯在試驗時,應使其縱向與擠壓平面平行,方形電芯寬窄兩個面均應經受擠壓,第二組電芯應繞上述試驗中的長軸旋轉90°進行擠壓試驗。判定標準為不起火、不爆炸。在這個測試中,電芯不合格的大部分情況是由于擠壓過程中的內部短路導致內部溫度過高,從而起火。此項測試是UL 1642和JIS C 8714里都有的測試,測試條件也基本相同。
4.3.9章節的“電芯過充電測試”要求電芯按IEC 61960《含堿性或非酸性電解液的二次電芯和電池——便攜式二次鋰電芯和電池》以0.2 It的倍率進行放電到截止電壓,然后用一個不小于10 V的電源,以制造商推薦的充電電流Irec充電2.5 C5/Irech小時。判定標準是不起火、不爆炸。這意味對于一個沒有充電電壓限制的電芯進行過充電。由于鋰電芯基本上都沒有任何保護元件,必須依靠本身的設計(如耐燃的材料,良好的泄氣設計)來對抗過電壓充電,是一個相當嚴酷的測試,也是目前整個標準中不合格率最高的測試。這個測試在IEC 62133和JIS C 8712均有要求,而UL 1642里沒有此測試要求。
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