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GB 40165-2021《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組安全技術(shù)規(guī)范》解析
GB 40165-2021《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組安全技術(shù)規(guī)范》發(fā)布并將于2022年5月1日起實(shí)施。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、參考的標(biāo)準(zhǔn)、主要內(nèi)容和試驗(yàn)樣品4個(gè)主要方面進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析與介紹。
鋰離子電池安全強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 40165-2021《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組 安全技術(shù)規(guī)范》于2021年4月30日由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布，并將于2022年5月1日起實(shí)施。GB 40165-2021規(guī)定了固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組相關(guān)的電安全、環(huán)境安全、電池組系統(tǒng)功能性安全等要求和試驗(yàn)方法。固定式電子設(shè)備用鋰離子電池在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、通信基站、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。相比于手機(jī)電池、筆記本電腦電池等，該類產(chǎn)品電池具有容量大，電壓高、工作電流大等特點(diǎn)，往往需要大量電池成組使用，一旦發(fā)生起火、爆炸引發(fā)的危害更大。GB 40165-2021的制定填補(bǔ)了該類產(chǎn)品用鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)的空白，以下將對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)中的若干重要內(nèi)容進(jìn)行解讀分析。
1. 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍
GB 40165-2021適用于“固定式電子設(shè)備”用的鋰離子電池和電池組。按照國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的一般分類，電子設(shè)備主要包括以下4種：
（1）音視頻（AV）設(shè)備：例如電視機(jī)、DVD機(jī)、MP3/MP4播放器、照相機(jī)、攝像機(jī)等；
（2）信息技術(shù)（IT）設(shè)備：例如計(jì)算機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、掃碼儀、驗(yàn)鈔機(jī)等；
（3）通信技術(shù)設(shè)備：手機(jī)、電話、基站、傳真機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等；
（4）測(cè)量控制設(shè)備：電壓表、電流表、測(cè)溫儀、數(shù)據(jù)采集儀、示波器等。
電子設(shè)備種類眾多，在鋰離子電池領(lǐng)域，根據(jù)其宿主設(shè)備的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境將電子設(shè)備分為了兩類，即便攜式電子產(chǎn)品和固定式電子設(shè)備。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
根據(jù)GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》定義，便攜式電池產(chǎn)品是指不超過(guò)18kg的預(yù)定可由使用人員經(jīng)常攜帶的移動(dòng)式電子產(chǎn)品。根據(jù)GB 40165-2021定義，固定式電子設(shè)備是指預(yù)定不可由使用人員經(jīng)常攜帶的電子設(shè)備。包括了不可攜帶使用的電子設(shè)備以及超過(guò)18kg的移動(dòng)式電子設(shè)備。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定式電子設(shè)備范圍如圖1所示。
圖片圖1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定式電子設(shè)備范圍
固定式電子設(shè)備包括：
（1）固定式信息技術(shù)設(shè)備（IT設(shè)備）：對(duì)某些需要備用電源或者外場(chǎng)使用的信息技術(shù)設(shè)備需要使用鋰離子電池，如機(jī)架備用電源、機(jī)房備用電源。
（2）固定式音視頻設(shè)備（AV設(shè)備）及類似設(shè)備：如偏遠(yuǎn)地區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不方便架設(shè)電網(wǎng)，采用鋰離子電池儲(chǔ)電。
（3）固定式通信技術(shù)設(shè)備（CT設(shè)備）：例如偏遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)線通信基站、集團(tuán)電話（程控電話交換機(jī)）采用鋰離子電池作為儲(chǔ)能電源或者備用電源。
（4）固定式測(cè)量控制和實(shí)驗(yàn)室電子設(shè)備及類似設(shè)備。
上述列舉的固定式電子設(shè)備并未包括所有的設(shè)備，因此未列出的設(shè)備也可能包含在本標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。例如不間斷電源 (UPS)、應(yīng)急電源（EPS）、路燈、道路交通設(shè)備、景觀照明設(shè)備、家庭光伏儲(chǔ)能設(shè)備。目前報(bào)批中的電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《分布式儲(chǔ)能用鋰離子電池和電池組性能規(guī)范 第1部分：家庭儲(chǔ)能》和《分布式儲(chǔ)能用鋰離子電池和電池組性能規(guī)范 第2部分：道路交通與景觀照明設(shè)施》中明確規(guī)定了鋰離子電池和電池組的安全性應(yīng)滿足GB 40165《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組安全技術(shù)規(guī)范》的要求。
2. 標(biāo)準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)
GB 40165-2021為我國(guó)自主制定的標(biāo)準(zhǔn)，在該標(biāo)準(zhǔn)的起草過(guò)程中，重點(diǎn)參考和借鑒了類似的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62619:2017《含堿性或其它非酸性電解質(zhì)的蓄電池和蓄電池組——工業(yè)設(shè)備用鋰蓄電池和電池組安全要求》。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
IEC 62619:2017是一項(xiàng)針對(duì)鋰離子電池和電池組的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定的宿主設(shè)備為“工業(yè)設(shè)備”，適用于多種工業(yè)設(shè)備用電池和電池組，包括對(duì)這些電池和電池組的通用要求和最低要求。以下為IEC 62619:2017范圍內(nèi)的電池和電池組設(shè)備的部分舉例：
（1）固定式設(shè)備：電信、不間斷電源（UPS）、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)、公用配電屏、應(yīng)急電源及類似設(shè)備。
（2）運(yùn)輸設(shè)備：起重叉車、高爾夫球車、AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車）、鐵路及海運(yùn)，公路車輛除外。
運(yùn)輸設(shè)備（如起重叉車、高爾夫球車等）并不屬于“電子設(shè)備”，因此其所使用的鋰離子電池并不適用于GB 40165-2021。
國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在IEC 62619:2017基礎(chǔ)上，根據(jù)各類工業(yè)設(shè)備的附加和特殊要求制定了多項(xiàng)具體行業(yè)設(shè)備用電池標(biāo)準(zhǔn)，如適用于電力儲(chǔ)能的鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)IEC 63056:2020，如圖2所示。
圖片圖2 IEC 62619適用的多種工業(yè)設(shè)備
為了更好地與GB 40165-2021協(xié)調(diào)互補(bǔ)，IEC 62619:2017和IEC 63056:2020的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化立項(xiàng)工作也正在進(jìn)行中。
聯(lián)合國(guó)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸專家委員會(huì)（UN/CETDG）制定了《關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書——試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》，其中第38.3節(jié)（簡(jiǎn)稱UN38.3）規(guī)定了鋰電池在運(yùn)輸過(guò)程中的安全性測(cè)試方法及要求，這也是目前國(guó)際上比較公認(rèn)的鋰電池運(yùn)輸安全規(guī)范。GB 40165-2021也考慮了鋰電池運(yùn)輸過(guò)程中的安全性，在制定過(guò)程中相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目和測(cè)試方法基本與UN38.3保持一致。
3. 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容
只有涉及安全性時(shí)才進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋰離子電池和電池組的安全性從下列兩種應(yīng)用條件加以考慮：
a）預(yù)期使用；
b）合理可預(yù)見(jiàn)誤用或?yàn)E用以及故障條件。
本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全要求和試驗(yàn)方法可以按照下幾種方式進(jìn)行分類：
● 首先是一般安全要求（第5章），包括對(duì)文件和標(biāo)志的要求；
● 其次是電池的安全要求和試驗(yàn)方法（第6~7章），包括電池電安全（第6章）和電池環(huán)境安全（第7章）；
● 再次是電池組（系統(tǒng)）的安全要求和試驗(yàn)方法（第8~9章），包括電池組環(huán)境安全（第8章）和電池組系統(tǒng)功能性安全（第9章）；
● 最后是系統(tǒng)安全（第10章），系統(tǒng)安全要求及測(cè)試方法應(yīng)當(dāng)符合GB 4943.1-2011及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，或其替代標(biāo)準(zhǔn)。
表1為電池的型式試驗(yàn)項(xiàng)目。
表2為電池組/電池組系統(tǒng)的型式試驗(yàn)項(xiàng)目。
4. 試驗(yàn)樣品
與便攜式電子產(chǎn)品相比，固定式電子設(shè)備一般使用的電池容量大，電壓高、工作電流大，需要多節(jié)電池串并聯(lián)成組使用。試驗(yàn)樣品包含電池（電芯）、電池并聯(lián)塊、模組、電池組、系統(tǒng)等不同層次。
根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的定義，鋰離子電池（電芯）是指依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，并被設(shè)計(jì)成可充電。該裝置通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、容器和端子等。
電池并聯(lián)塊是指多個(gè)電池并聯(lián)在一起的配置，可能有也可能沒(méi)有保護(hù)裝置[如熔斷器或正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)]和監(jiān)控電路。由于它尚未安裝外殼、終端裝置和電子控制裝置，因而還不能使用。
模塊是指多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起的配置，可能有也可能沒(méi)有保護(hù)裝置[如熔斷器或正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)]和監(jiān)控電路。
電池組是指由一個(gè)或多個(gè)電池或模塊電氣聯(lián)接的能量存儲(chǔ)裝置。它可以包括給電池組系統(tǒng)提供信息（如電池電壓）的保護(hù)和監(jiān)控裝置，也可以包含由終端或其他互聯(lián)裝置提供的保護(hù)罩。
電池組系統(tǒng)是指由一個(gè)或多個(gè)電池，模塊或電池組組成的系統(tǒng)。它有電池組管理系統(tǒng)（BMS），如果發(fā)生過(guò)充、過(guò)流、過(guò)放和過(guò)熱，電池管理系統(tǒng)會(huì)動(dòng)作。它可以包含冷卻或加熱裝置，有的甚至包含了充放電模塊和逆變模塊。電池組系統(tǒng)一般組成如圖3所示，BMS位置舉例如圖4所示。
圖片圖3 電池組系統(tǒng)的一般組成
圖片圖4 BMS位置舉例
電池的型式試驗(yàn)樣品優(yōu)先使用電池，也可使用電池并聯(lián)塊或模塊代替電池。當(dāng)有爭(zhēng)議時(shí)，以使用電池進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果為準(zhǔn)。電池組/電池組系統(tǒng)的型式試驗(yàn)樣品使用電池組/電池組系統(tǒng)（二選一），如果電池組系統(tǒng)可拆分為小的單元，單元可代替電池組系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。制造商可對(duì)單元添加最終電池組系統(tǒng)具有的功能。制造商應(yīng)明確聲明每一項(xiàng)測(cè)試的測(cè)試單元。
此外，需要注意的是，參考UN38.3，總質(zhì)量超過(guò)500g的鋰離子電池定義為大型鋰離子電池，總質(zhì)量超過(guò)12 kg的鋰離子電池組定義為大型鋰離子電池組。大型鋰離子電池和電池組在進(jìn)行溫度循環(huán)、振動(dòng)、加速度沖擊和跌落試驗(yàn)時(shí)條件有所不同。
5. 結(jié)語(yǔ)
本文從適用范圍、參考標(biāo)準(zhǔn)、主要內(nèi)容和試驗(yàn)樣品4個(gè)主要方面對(duì)GB 40165-2021《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組 安全技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析與介紹。該標(biāo)準(zhǔn)從電池（電芯）、電池并聯(lián)塊、模組、電池組、系統(tǒng)等不同層次規(guī)定了固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組（系統(tǒng)）電安全、環(huán)境安全、功能性安全等要求和試驗(yàn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)制定實(shí)施之后，將對(duì)后續(xù)的合格評(píng)定和市場(chǎng)準(zhǔn)入提供重要的參考依據(jù)，對(duì)提高相應(yīng)產(chǎn)品安全質(zhì)量水平有著重要的意義。
*劉冉冉 何鵬林 王曉冬 | 中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院
*本文刊登于《產(chǎn)品安全與召回》2021年第4期——召回手記·研究欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明來(lái)源。
