令人遗憾,过去二十年内,在安全性方面,锂电池数次登上新闻头条。许多锂电池引发的事件造成了数十亿美元的品牌和财产损失。有些事故还造成了人身伤亡。一些最具轰动影响力的事件包括:

•美国联合包裹运输公司(UPS)6号货运班机在2010年坠毁,两名驾驶员死亡;根本原因在于货舱中托运的锂离子电池。

•2006年,主要用于戴尔笔记本电脑的索尼电池开始起火;根源在于电芯内的不良杂质引起了短路(超过900万个电池被召回)。

•2013年由于电池起火,波音公司的梦幻客机(Dreamliners)停飞;根本原因是电芯内部短路(给波音造成6亿多美元的损失)。

•三星Note 7电池在2016年开始起火;多次事件的元凶都是电芯制造问题,并造成多人受到伤害。由于召回,三星损失了50多亿美元。

20170825-li-ion-1 图1:UPS 6号班机由于锂离子电池故障而坠毁(图片由The Aviation Herald提供)

这些例子只是强调了与锂离子电池相关的一些事件及其带来的潜在伤害。由于其不稳定的性质,许多组织/国家已经制定了法规,以确保它们得到安全的电池。本文将研究世界各地的电池可能需要符合哪些电池法规以及它们又需要包括哪些内容。

你需要哪些法规?

为确定你的可充电锂离子电池解决方案可能需要满足哪些法规,你需要问自己一些问题。这些电池本身需要运输吗?99%的时候,答案是肯定的。如果是,那么你将需要进行UN 38.3测试(见运输法规部分)。接下来,你要将电池产品运送到欧洲(EU)吗?如果是,那么你将需要进行IEC 62133测试(见国际法规)。你的电池将要用于符合UL终端设备规范(要求电池也需通过UL认证)的设备内吗?如果是,那么你将需要做UL2054测试(参见美国安全法规)。你的电池是要运到中国、俄罗斯、泰国、印度、韩国和日本吗?如果是,那么需要进行额外的测试,并且各国有自己的具体要求(见其它法规)。

运输法规

联合国已经将锂离子电池列为危险品,并就如何运输锂离子电池提出了建议。“联合国危险货物运输手册(UN Manual Transport of Dangerous Goods)”第38.3节详细说明了哪些锂离子电池符合条件,以及如何进行测试以确保运输安全。美国交通部(DOT)、国际民航组织(ICAO)和国际航空运输协会(IATA)已经强制要求按照第38.3节对电池进行测试。表1列出了电池和/或电芯在被运输受理前需经过的测试。

表1,UN 38.3测试的完整列表 20170825-li-ion-t1

该测试可自行认证,但需要生成具有详细测试结果数据的测试报告。

美国安全法规

在美国,有两个主要的电池标准涉及电池和小型便携式电池:UL1642和UL2054。UL1642应对的是单个电芯,而UL2054适用于小型可充电电池组。UL2054要求电池通过UL1642认证。虽然UL2054不是运往美国产品的强制性测试,但美国终端设备标准通常会有这一要求,并且这是一项非常严苛的测试,因为它要求在电池组上施加一处故障。故障施加到一个非UL等级的元件上。这使设计必须要有冗余保护,以通过几项UL2054测试。

UL2054标准包括电气和机械部分,并要求进行结构组装检查,以确保电池按照标准制造,例如采用的塑料类型、壁厚、使用的非UL资质材料的数量等。表2列出了UL2054测试。

表2,UL2054测试 20170825-li-ion-t2

UL测试有两套方案:列名(listed)和认可(recognized)。列名确保产品已经按要求通过了所有测试,并根据规范进行了生产。认可意味着已对安装在工厂而非现场的系统中的电池组进行了测试。认可通常没有通过所有测试要求(例如有限电源测试),或没有满足所有的结构要求。UL认可的电池的一个例子是安装在设备中、用户不可更换的收缩包装式(shrink-wrapped)电池。

国际安全法规

欧盟和一些国家已经接受IEC62133作为在其国内所用电池的要求。IEC62133是一个更简单的规范。它接受UN38.3测试作为可接受的认证方法。表3列出了IEC 62133实施的电池测试。

表3,IEC 62133测试 20170825-li-ion-t3

如表所示,IEC 62133的测试内容是UL2054的一半,且因为不需要电池具有单一故障,所以更容易通过。

其它法规

有几个国家在准许运往其国内电池的问题上,不接受UL2054或IEC62133认证——它们有自己的标准。印度需要根据IS16046规范在其国内进行测试,该法规与IEC 62133相似。但是他们不认为满足了IEC62133法规就万事大吉。电池需要获得BIS(印度标准局)认证。通过BIS流程极其棘手,特别是在印度寻找电池测试实验室并协调完成测试时。获得认证需要六个月或更长时间。电池制造商最好与第三方实验室或与物流协调以获得BIS认证。

俄罗斯的GOST认证更容易获得。它不需要在俄罗斯国内测试。符合IEC62133标准应足以从俄罗斯获得证书,获得证书时间约为1个月。

韩国需要在其国内测试才能获得KC认证。该测试基于IEC 62133标准,需要大约三个月的时间才能获得认证。

要想获得泰国的TISI(泰国工业标准协会)认证,是另一个复杂的过程。它需要基于TIS 2217-2548规范在其国内进行测试,这个规范也类似于IEC62133。整个过程可能需要六个多月时间。TISI还需要到工厂进行检查。

日本允许通过在其国内的注册进行自行认证。该测试基于的是“面向电器确定技术标准的部级条例修订版(锂离子二次电池)”。

中国大陆要求电池测试符合GB 31241-2014规范。这个规范与其它标准不同,因此在设计面向中国大陆的电池产品时需要仔细评估该规范。

中国台湾也要求由BSMI(台湾标准检验局)认证的实验室对进入该地区的电池产品进行符合其标准的测试。

标志

大多数这些认证需要在标签上采用特定的标记。如果要求的话,表4显示了需要采用的标记。

表4,监管标记清单 20170825-li-ion-t4

总结

虽然电池法规初看起来似乎很复杂,但通过问自己“电池拟用在哪里和用在哪个国家?”这个问题便可以简化局面。掌握了这点,就可以确定该遵循哪些法规。各法规大同小异,但它们都会尝试测试电池未被正确使用时的电池安全性。Inventus Power公司与各代理机构都保持良好关系,可确保客户产品设计符合要求并通过测试,并确保其能及时拿到认证。

《电子技术设计》2017年9月刊版权所有,转载请注明来源及链接。