矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求(试行稿)

矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源安全技术
要求
（试行稿）
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“在正常使用时可能释放电解气体的电池”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
GB 3836.1-2010 爆炸性环境第1部分：设备通用要求
GB 3836.2-2010 爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备
GB 3836.3-2010 爆炸性环境第3部分：由增安型“e”保护的设备
GB 3836.4-2010 爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备
GB 14048.1-2006 低压开关设备和控制设备第1部分总则
MT/T 154.2-1996 煤矿用电器设备产品型号编制方法和管理办法
MT/T 408-1995 煤矿用直流稳压电源
MT 209-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
MT/T 1051-2007 矿灯用锂离子蓄电池
MT/T 1078-2008 矿用本质安全输出直流电源
QC/T 743-2006 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，增加电压的两个或两个以上单体电池。

3.3 电池管理系统
通过检测单体电池与热、电相关数据，对单体电池或电池组进行充放电管理、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。

3.5 电池的荷电状态（SOC）
电池剩余容量与额定容量的百分比。

4．产品分类
4.1 按用途分
（1）监测通信系统用后备电源，包括安全监控、人员管理、通信等系统后备电源；
（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、单轨吊等用动力电源；
（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）单体电池标称容量，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）单体电池最高允许工作温度，℃；
（9）电池组的标称容量，Ah；
（10）电池组的最低允许使用容量，Ah；
（11）电池组的标称能量，Wh；
（12）电源额定输出电压（多电压输出为最大额定输出电压），V；
（13）电源额定输出电流（多电压输出为最大额定输出电流），A；
（14）电源输出过流保护电流，A；
（15）电源额定输入电压范围，V；
（16）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标称容量不超过
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标称容量不超过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/T 1051-2007中4.4.3的规定，加热性能应满足QC/T743-2006和MT/T 1051-2007中严酷的规定（即试验时间2h、试验温度130℃）。

此外，还应满足MT/T 1051-2007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规定。

7.1.6 单体电池的实际容量应不低于其标称容量，且不高于标称容量的110%。

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/T 1051-2007中4.4.3的规定，加热性能应满足QC/T743-2006和
MT/T 1051-2007中严酷的规定（即试验时间2h、试验温度130℃）。

此外，还应满足MT/T 1051-2007中4.4.4条强制放电、4.4.7条重物冲击的要求。

7.2.4电池组的实际容量应不低于其标称容量，且不高于标称容量的10%。

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以任何形式的并联连接。

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、电池容量等参数进行检测，误差应满足表1的要求。

测量信息的显示和故障报警功能应满足实际需要。

表1 电池（组）参数测量误差要求
7.4.2 应具有单体电池过充电压保护功能。

7.4.3 应具有单体电池过充电压保护失效检测功能。

7.4.4 应具有单体电池过放电压保护功能。

7.4.5 应具有单体电池过放电压保护失效检测功能。

7.4.6应具有充电过流保护功能。

7.4.7应具有放电过流保护功能。

7.4.8 应具有输出短路保护功能。

7.4.9 应具有温度保护功能。

7.4.10 应具有均衡充电控制功能。

7.4.11 应具有耐充电电源极性反接的功能（仅限于直流供电）。

7.4.12应具有电池信息采集线开路的自检功能。

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/T 1078-2008中4.9的规定。

7.5.2 泄漏电流应符合MT/T 408-1995中4.8.3的规定。

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/T 1078-2008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使用容量时报警或显示；运输车辆用电源的技术指标与功能应符合QC/T 743-2006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/T 1078-2008中4.11的规定。

7.6.3 环境适应性应符合MT/T 1078-2008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/T 1078-2008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，试验应在以下环境条件下进行：
（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、时间用仪表误差不低于±1%；
（2）测量温度用仪表误差不低于±1%；
（3）测量容量用仪表误差不低于满量程的0.1%；
（4）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/T 1051-2007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 在锂离子蓄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 单体电池容量应根据MT/T1051-2007中5.4.2条规定进行。

9.7 电池管理系统测试
9.7.1在检测过程中，需要连接配套设备、更改电源技术参数或调整电池管理系统功能时，如调整充电电流、电压、拆除保护等，电源生产企业应予以配合。

9.7.2 根据电源充电和放电要求，配备相应的充电和放电设备；电源自带充电功能时可不配充电设备。

9.7.3 各单体电池上连接电压测试设备。

9.7.4 各单体电池上连接温度测试设备。

9.7.5 充电模式
在充电回路中串联电流测试和容量测试设备，启动充电设备，按产品企业标准中规定充电方式充电。

充电过程中不允许被测设备放电。

9.7.6 放电模式
在放电回路中串联电流测试和容量测试设备，启动放电设备，以电源额定输出电流放电。

放电过程中不允许对被测设备充电。

9.7.7 充电过程中电池管理系统测试
9.7.7.1以9.7.6方式放电，至电源的单体电池过放电压保护动作。

9.7.7.2以9.7.5方式充电至SOC为90%时停止充电，将其中电压最低的单体电池以电源额定输出电流放电，至SOC为87%，停止放电；以9.7.5方式充电至电源单体电池过充电压保护。

试验过程中监测各单体电池的电压、电池组的充电电流、各单体电池的温度。

各单体电池和电池组的指标应符合产品企业标准中的要求。

充电过程中，在电源充电开始、SOC为20%、40%、60%、80%和充电结束6个时间点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，误差应满足7.4.1的要求。

充电过程结束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差值应不大于最低单体电池电压值的2%。

9.7.8 放电过程中电池管理系统测试
9.7.8.1 以9.7.5方式充电，至电源单体电池过充电压保护。

9.7.8.2 以9.7.6方式放电，至电源单体电池过放电压保护。

监测各单体电池的电压、电池组的放电电流、各单体电池的温度。

各单体电池和电池组的指标应符合产品企业标准中的要求。

放电过程中，在电源放电开始、SOC为80%、60%、40%、20%和放电结束6个时间点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、放电电流等与检测值比较，误差应满足7.4.1的要求。

容量检测设备检测值与电源的放电容量显示值比较，误差应满足7.4.1要求。

容量检测设备检测值应不小于电源额定容量，且不大于额定容量的110%。

9.7.9 单体电池过充电压保护失效检测
将电源按照9.6.5充电至单体电池过充电压保护动作，使该保护电路失效。

启动充电设备（充电电流不高于电源额定充电电流的20%，各单体电池的电压不高于最大允许充电电压的3%），当电源中某只单体电池电压在100～103%最高允许电压范围内，应有报警或显示。

9.7.10 单体电池过放电压保护失效检测
将电源按照9.7.6放电至单体电池过放电压保护动作，使该保护电路失效。

启动放电设备（放电电流不高于电源额定输出电流的20%，各单体电池的电压不低于最低放电截止电压的3%），当电源中任意一只单体电池电压在97～100%最低放电截止电压范围内，应有报警或显示。

9.7.11充电过流保护测试
将电源按照9.7.5充电，至SOC为70%，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。

9.7.12放电过流保护测试
以9.7.6方式放电，至SOC为70%，在电源的输出端施加过流检测负载，使电源输出电流为过流保护值的120%，电源应实现放电过流保护，在100ms内断开与用电设备连接，停止放电，并在10s内报警或显示。

9.7.13 输出短路保护测试
以9.7.6方式放电，至SOC为70%，在电源的输出端施加短路检测负载（外部线路电阻应小于5mΩ），使电源输出处于短路状态，电源应实现放电短路保护，50ms内断开与用电设备连接，停止放电，并在10s内报警或显示。

9.7.14 超温保护功能测试
使电源处于放电工作状态并监测放电电流，抽取电源某只单体电池温度检测元件置于温箱中。

调整温箱中的温度至产品企业标准所规定的单体电池最高表面温度的97%，电源应处于正常工作状态；调整温箱中的温度至产品企业标准所规定的单体电池最高表面温度的103%，电源应实现超温保护，100ms内断开与用电设备连接，停止放电，并在10s内报警或显示。

9.7.15 耐供电电源极性反接功能测试
将供电电源极性反接，启动供电设备，持续1min，关闭供电设备。

试验结束后，按照9.7.7和9.7.8的方法测试，应满足7.4.1条的要求。

9.7.16 信息采集线断线保护
断开电池电压和温度采集线各一根，应显示出相应故障类型及故障点。

9.7.17 容量自检功能测试（仅限于井下紧急避险设施用电源）
以9.7.5方法充电，至单体电池过充电压保护动作。

将其中一只电池按照电源额定放电电流放电，至企业标准中规定的电池组的最低允许使用容量的90%；启动容量自检功能至自检结束，应报警或显示电池组容量不足故障。

9.8 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。