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1、 LI-ION BATTERY SAFETY TEST SAFETY safety; high temperature; test 电池的使用最高环境温度。 例如， 一般电子产品的最高使 用环境温度为 40 ， 锂离子电池的最高充放电温度一般 为 60 ， 而长时间处于阳光暴晒情况下的汽车内的温度 可能会超过 100 。 根据日本汽车工程师协会、美国电气和电子工程师 协会的研究， 在晴朗天气下， 在沙漠中的汽车内的仪表盘 最高温可达 104 （环境最高温度为 52 ，如图 1 所 示 ） ， 而在曼谷测试的车内最高温度为 92 （环境最高温 度为 40 ） 1。可见， 放置于车内的锂离子电池充
2、放电时 可能处于极端高温之下。 锂离子电池高温使用安全测试研究 Research on Safety Test of High Temperature for Li- ion Battery 中国电子技术标准化研究院何鹏林 图 1沙漠中车内各部位的最高温度 （8 h 内 ） 在我国北京地区， 分别在冬天、 春天、 夏天的晴好天 气下， 选取车内经常放置手机、 车载导航仪的几个位置温 升进行了温度测试。例如， 2011 年 1 月 20 日， 当日白天 （09:0015:30 ） 平均气温为 - 1 ， 对别克 GL8 型轿车内 温度变化监测见图 2。由图可见仪表盘处的最高温升可 18 锂离子电
3、池安全测试 2012 年第 3 期安全与电磁兼容 达 35 K， 而在夏日的测试数据显示， 仪表盘处的温度处 于 80 以上的时间长达 5 h。 此外， 锂离子电池在充电或者放电时， 电池自身就会 引起温度升高。图 3 所示为对某手机电池采用 2CA充放 电时的温升曲线，可见使用时引起的最高温升可达 25 K。 充放电时引起的温升， 无疑会使原本就处于高温环 境中的锂离子电池处于更加危险的境地。 图 2GL8 型轿车温升 （冬日 ） 图 3某锂离子电池在充放电过程中的温升 2国内外的测试方法 目前，考核锂离子电池的安全性的标准主要有国际 标准 （如 IEC 标准） 、 国家或区域标准 （如 J
4、IS、 GB、 EN 标 准等） 和行业标准 （如 UL、 IEEE、 SJ、 QB 标准等） 三大类。 在这些现有的标准中，规定的高温下的测试方法主要有 热滥用试验、 温度循环试验、 高温放置试验等。 （1 ）热滥用试验 IEC 62133:2002 规定的热滥用试验方法是将充满电 的电池在室温下稳定后放入一个自然或循环空气对流的 恒温箱中，恒温箱以 5 /min 2/min 的速率升温至 130 2 。保持此温度， 10 min 后停止试验， 检查电池 是否起火或爆炸。 IEC62133 的热滥用试验被 JISC8712、 YD1268、 UL1642 等国内外标准所采用。 热滥用试验一般
5、用来考核电芯在高温条件下放置时 的安全性， 测试时电池样品处于满电状态， 测试过程中不 对样品进行充放电。 （2 ）温度循环试验 IEC 62281:2004 规定的温度循环试验方法是将电 池芯或电池组在 75 的环境中放置至少 6 h，然后在 - 40 的环境中放置至少 6 h， 不同温度之间的转换时间 不超过 30 min， 共进行 10 次温度循环。试验后样品不得 起火和爆炸， 且不得有质量损失和电压损失。IEC 62281 的温度循环试验引自 UN38.3，试验方法同时也被 EN62281、 GB21966 等国内外标准所采用。 温度循环试验一般用来模拟电池芯或电池组在运输 过程中，
6、承受温度多次交替变化的条件下的安全性。 测试 时电池样品处于满电状态，测试过程中不对样品进行充 放电。 （3 ）高温应力消除试验 IEC 62133:2002 规定的高温应力消除（模制外壳承 受高温能力） 试验方法是将电池组放置在温度为 70 2 的环境中放置 7 h。试验后电池组外壳不应发生导致 内部组成暴露的物理形变。 IEC62133 的应力消除试验被 EN62133、 JISC8712 等标准所采用。 高温应力消除试验一般用来考核电池组外壳在高温 环境中保持完整的能力，测试时电池组样品处于满电状 态， 测试过程中不对样品进行充放电。 综合国内外锂离子电池标准中的高温有关试验， 热 滥用
7、试验是针对电池芯承受高温的能力，温度循环是模 拟运输过程中的温度变化，高温应力消除试验只是用来 考核模制外壳承受高温的能力。 在进行这些试验时， 样品 都处于满电状态， 且试验过程中都不进行充放电。 3高温使用试验 由上面的分析可见，目前标准中现有的高温条件下 的试验并未考虑汽车内使用的锂离子电池面临的高温安 全问题，并且锂离子电池在试验过程中并未考虑充放电 引起的温升。 考虑我国用户的实际使用习惯（车载充电和置于车 内） ， 结合车内高温及其保持时间， 并综合考虑锂离子电 池在充放电过程中引起的温升，提出一种全新的锂离子 电池安全测试方法用以评估锂离子电池在高温环境下使 用的安全性， 具体方
8、法如下： 将满电电池组样品置于高温试验箱内，试验箱内 温度设为 T。待样品表面温度稳定后， 保持 7 h。 样品应满足以下要求之一： 切断电路， 且不起火、 不爆炸、 不漏液； 或 未切断电路，在高温试验过程中按照规定的 充放电方法继续进行一次放电充电循环，样品应不起 火、 不爆炸、 不漏液。 其中，温度值 T 为制造商规定的电池组的充电上 限温度和放电上限温度、电池的充电上限温度和放电 上限温度及 80 中的最大值。 19 LI-ION BATTERY SAFETY TEST SAFETY & EMC No.3 2012 设计电池时， 可以通过增加保护电路的方法， 使得电 池在高温环境下因保
9、护电路主动切断充放电电路，因而 也就避免了因充放电而引起的更高的温升。此时，电池 只要满足在此温度值下放置 7 h 无危险即可。 对于设计时在高温 （试验温度值 T ） 下未采取主动切 断充放电电路的电池组，也就意味着此时的电池组仍然 可能处于充电或者放电状态，因此也就可能会带来更高 的温升。因此，在试验过程中需要同时进行一次充放电 循环以检验其在高温环境下使用的安全性。 试验结果的判定如图 4 所示。 参考文献 编辑： 王颖 E- mail:wangy 图 4高温使用试验的判定 1IEEE 1725-2006 IEEE Standard for Rechargeable Batteries
10、for Cellular TelephonesS.2006. FCC 发布 关于 RF 暴露和 SAR 符合性要求的修订草案 2012 年 4 月 23 日， 美国联邦通信委员会 （FCC ） 发布了关于 RF 暴露和 SAR 符合性要求的 6 个 KDB文件的修订草案。其中包括： KDB447498批准设备使用的 RF 暴露通用要求； KDB941225LTE 设备 SAR 评估注意事项； KDB865664100 MHz6 GHz的 SAR 测试要求、 符合性报告和文档； KDB 616217便携式电脑、 手提式电脑、 上网本和平板电脑的 SAR 评估注意事项； KDB 648474有多发
11、射机和多天线的手持式设备 SAR 评估注意 事项； KDB643646一键通双向无线电设备 RF 暴露评估注意事项； 公众可在 2012 年 6 月 1 日前对上述修订草案提出建议。另外， 还有四项关于 RF 暴露的 KDB没有修订， 分别为： KDB248227专门针对 802.11 a/b/g设备的附加 SAR 测试过程； KDB615223802.16e/WiMax的 SAR 要求和测试过程； KDB450824用于 150 MHz3 GHz测试的 SAR 探头校准和系统验证注意事项； KDB680106- - 短距离无线感性耦合充电板或充电设备的管理规定。 上述高温使用试验过程中， 需
12、要注意以下几点： 由于热平衡需要一定的时间，因此试验时间 7 h 的计时开始点不是以试验箱达到温度 T 时开始计时， 而 是以样品表面温度达到 T 时开始计时； 如果在 7 h 内锂离子电池的充放电循环仍未结 束， 则应将试验时间延长至本次循环结束； 由于试验箱内的空气流动会加速热传递， 从而引 起充放电过程中电池表面热量流失，因此可能需要采取 降低风速等方式尽量减少对样品的影响； 如果样品的保护电路在充放电进行过程中切断 充放电电路 （而不是在温度平衡后立即切断） ， 只需继续 保持高温至试验结束 （共 7 h ） ， 电池无危险即可。 4结语 锂离子电池的安全问题多是由热失控引起，对于高 温条件下的安全评估是锂离子电池安全测试研究中的重 点之一。 随着使用场合的复杂化， 锂离子电池处于车内等 高温环境下的几率越来越大。目前国内外的锂离子电池 标准也开始考虑车内高温使用的锂离子电池的安全性， 例如韩国在 2008 年的国家标准修订中， 对于可能置于车 辆内的锂离子电池需要进行 90 放置 7 h 的试验。而本 文新提出的高温使用试验， 不仅考虑了车内高温环境， 还 考虑了锂离子电池可能在此高温环境下充放电时对安全 性的影响， 是对现有的热滥用试验、 温度循环试验、 高温 应力消除试验的补充， 是一种全新的尝试。 20
