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本安设备用电池和电池组短路温升试验的影响因素

当本质安全型设备采用电池或电池组供电时,温度组别的确定除了元器件的温度评估外,电芯短路后的最高表面温度也是限制组别的一个重要指标,测试要求依据GB/T 3836.4-2021第10.5.3条电池和电池组的火花点燃和表面温度,标准中针对“ia”、“ib”和“ic”等级,详细说明了需准备的样品要求,在这里就不做详细说明,本次主要浅谈在电池和电池组短路温升试验时可能影响最高表面温度的几个因素:

测量仪器采样频率

电池瞬态短路电流峰值以及短路后电流产生的焦耳热积聚在电池内部,电池温度会在短时间内急速升高,因此在选取数据采集仪器时尽可能选择采样频率高的仪器以便获取最高温度及峰值电流。

注:根据采集到的峰值电流,可计算出电池的内阻(Uo/Ip)。

受控环境的风速影响

由于电池和电池组的热特性是非线性的,电池的短路温升试验需要在实验室环境温度和规定的最大环境温度之间的任何温度下进行试验,以获取最不利的环境温度条件,因此电池的短路温升试验应在可控温的环境箱中进行,电池在环境箱中的布置和安装,需要避免试验环境中风速的影响而导致的数据偏低和不稳定。

电池最高表面温度区域的确认

电池或电池组在触发短路后分布在电池内部的电流密度不同会呈现出表面不同区域的温度会有差异,测试前为了捕捉电池表面最热点,可使用红外成像仪或每个区域布置热电偶的方式确认最高表面温度所在区域。

热电偶制备和使用

热电偶的材质、类型、固定方式及直径都会影响到最终采集到的温度数据,关于热电偶的制备,电工电子行业依据IECEE OD-5012 Edition 1中的要求进行,在IECEx ExTAG DS 2015/011A文件中也同样引用了该要求,并且在TAG文件中明确了建议使用0.2mm直径的热电偶。

短路连接回路的电阻

GB/T 3836.4-2021第10.5.1条中规定短路连接部分的电阻应不超过3mΩ或其两端电压降不超过200mV或电池电势的15%,在进行短路温升前可使用直流电阻测试仪或相似功能的测量仪器测量连接件内阻,需要注意的是回路电阻应包含固定电池夹具的内阻。

电池预处理

对于可充电电池或电池组,在进行试验之前应至少经过两次完全充电和放电,在两次充放电后,需确认电池或电池组的容量应在制造商规定的范围内。充放电的条件需按照电池制造商提供的规格书中规定的标准充电电流/电压、放电电流和充、放电截止电压进行。