UL1642美国锂电池安全标准.docx
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UL1642美国锂电池安全标准
美国安全检测实验室公司
锂离子电池
锂电池的UL安全标准,UL1642
第四版,2005年9月19日
题目摘要
2009年11月25日修订了一下一些问题:
修正″FullyDischarged″定义,用″CompletelyDischarged″词汇代替。
去除5.1.1多余测试;增加5.1.和5.1.3测试;和5.2.1“替代用户”的不一致。
通过修订6.1,6.2和表6.3,6.4,删除表6.1和6.2,简化了电池性能测试。
修订8.2中非正常充电测试中明确温度控制。
10.1,10.4和10.5中短路测试的说明。
11.3中非正常充电的Clarification,修订11.4和11.9的保护标准。
结合词汇定义修订12.2和12.3,12.4最终结果标准的说明;修订12.5的保护标准。
修订13.1的冲击标准。
转变14.1—14.3中的国际单位制单元,包括14.1的公差。
修订17.1修正了单元和其他电池化学的加热试验附加标准。
补充22章基本电池标记。
通过UL电子印刷系统在正文的一些被修改或影响处的页边标记了垂线。
必要的改变用页边垂线标记,并用有效的日期注明印刷日期或者必要的改变生效日期。
修订要求是完全符合2008年11月3日到2009年6月10日的主题的提议。
全部正确的保留,这个版本没有一部分重复,存入检索系统,或者以任何方式传播,如电子,机械影印,记录或其他没有获得UL准许的方法。
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前些章节的要求进行修订和以后的有效数据放入标准中,优先用“代替要求”。
1
UL1642
锂离子电池标准
第一版–1985年10月
第二版–1992年11月
第三版–1995年4月
第四版
2005年9月19日
任何时候都可以提出对标准中所有部分的注解或者建议。
建议应通过UL在线合作标准发展系统(CSDS)提出建议请求
UL安全标准的版权属于UL,不能用任何方式修改印刷版和电子版标准。
所有的UL标准和版权,所有权,和其他标准的权限,都是UL的独家拥有。
目录
简介
1范围
2概述
2.1测试单元
2.2专门术语
2.3组成
3词汇定义
结构
4概述
4.1外壳
4.2电解液
4.3使用
性能
5概述
5.1专业更换型电池
5.2用户更换型电池
5.3多电芯安装
6样品
7样品条件
7.1放电
7.2充-放电循环
8重要测试的注意事项
9温度测量
专业更换型和用户更换型电池的测试
电性能测试
10短路试验
11非正常充电试验
12强制放电试验
机械性能测试
13挤压试验
14冲击试验
15加速度试验
16振动试验
环境测试
17加热试验
18温度循环试验
19低压(高度模拟)试验
火明火试验
20火焰试验
标记
21概述
22一次电池
附录A
部件标准
简 介
1. 范围
1.1 这些要求包括用于产品电源的一次(不可充电)和二次(可充电)锂电池。
这些电池包括金属Li或Li合金,或Li离子电池,以及单电芯、两个或两个以上多电芯串/并联结构的电池组。
它们都是通过可逆或不可逆化学反应将化学能转换成电能。
1.2 这些要求包括用作专业更换的和用户更换的锂电池。
1.3 这些要求目的是降低锂电池在用于产品时着火或爆炸的危险。
这些电池可接受性取决于能否满足其所应用的完整产品的要求。
1.4 这些要求也用于降低当用户更换的锂电池从产品和废弃物中移动,可能着火或爆炸而对人身造成的危害风险。
1.5 这些要求包括了含Li量≤5g(0.18盎司)的专业更换型锂电池。
对于含Li大于5g的锂电池,即使能满足本规定,仍需进一步检查和试验以确定该电池是否能够应用。
1.6 这些要求包括含Li≤4g(0.13盎司)而每个电芯含Li≤1g(0.04盎司)的用户更换型锂电池。
电池含Li>4g或每个电芯含Li>1g的电,需要做进一步检查和试验以确定电芯或电池能否实际应用。
1.7 这些要求不包括误食入锂电池及其组成物造成的有毒危害,也不包括当电池被切开时接触到金属Li对人体造成的伤害。
2. 概述
2.1 测量单元
2.1.1数值后没有做括号要求,有括号是作说明或者近似值。
2.2 术语
"Lithium battery(ies)"和"batter(ies)"均包含用户可更换的和专业可更换的锂电池。
2.3组成
2.3在2006年8月2日添加
2.3.1该标准包含的产品的组成要满足组成要求。
附录A中列出了本标准包含的用于产品的部件。
2.3.1在2006年8月2日添加
2.3.2各种级别装置应用保护装置,保护装置应作为整个电芯或整个电池的部分,按UL1642中概述的性能要求来评估。
2.3.2是在2006年8月2日添加的
3. 词汇定义
3.1 本标准的目的是使用以下定义。
3.2 电池-普遍术语
(1)单电芯或
(2)一组电芯串/并联。
可以是直接使用,也可以是用于装配的组件。
3.3电池组-带有一个坚固外壳的,有或者没有安全装置的直接应用的电池。
3.4 一次电池-仅能放电一次。
它不可以充电,且必须防止充电。
3.5 二次电池-按照生产上的建议,是能多次放电和充电的电池。
3.6 专业更换型电池-电池所用到产品中,电池的服务和更换都只能由受过专业培训操作和修理的技师来进行。
3.7 用户更换型电池-电池所用到的产品中,用户可以自行更换的电池。
3.8电芯组成-将化学能直接转换成电能的基本电化学单元,包括电极、电解液、容器、极性端子和隔膜。
可以直接使用,也可以作为组成用于电池组装配。
3.9 完全充电-作为电池已被完全充满的最大电容量,按制造商设定的标称容量,储存于电池中。
3.10 限流组成部件-任何组成部分在不正常条件下所采用的限流措施,限制电流的组成零件包括电阻、保险丝或熔断器装置。
3.11 非正常充电-对一次电芯或电池按错误的方法充电。
3.11.1完全放电-当连接了100欧姆阻抗负载和短路至电流小于1mA,闭合回路电压小于0.2V,看作一次电芯或电池完全放电。
3.12 强制放电-将电池用外部电源串联强制性放电,使电池极性反转。
3.13 完全放电-额定容量(一次电芯或电池)的100%的电池释放量或者放电到制造商规定的终止电压(二次电芯或电池)。
3.14半放电-看作电池放出标称容量的一半电量。
3.15 爆炸-当电芯或电池容器被强制性打开或者电芯或电池壳体被撕裂或破裂成两半或多片的情况。
3.16 有毒材料-在sax工业材料危险性能参考手册或相关的手册中的2级中等有毒材料。
3.17室温-大约23℃(73°F)
3.18泄露-电池或电芯的电解液以液态、滴状或蒸汽从设计阀或密封圈中泄漏。
结构
4. 概述
4.1 外壳
4.1.1锂电池外壳应有足够的强度和刚度能抵抗滥用产生的压力,而不引起着火。
用户可更换的锂电池应有足够的强度和刚度能抵抗滥用产生的压力,而不致使人受伤。
4.1.2用户可更换的锂电池的坚硬外壳应具有足够的强度,以防止壳体弯曲变形。
用户可更换电池的外壳要尽量不能被如钳子、螺丝起子或钢锯等具有好的机械性能的工具打开,如果打开外壳会使金属Li暴露。
例外:
本要求不适用于金属锂含量少于0.02g(0.0007盎司)的电芯。
4.2 电解质
4.2.1电池壳体在正常实验室条件下23±2℃(73±3.6°F)被刺破时,用户可更换的电池不能有能够喷射蒸汽或液体等喷进眼里的材料,或漏出的液体应小于5ml。
4.3 使用
4.3.1锂电池应当在使用时采取措施避免不正常的充电电流,电池试验找到一个可接受的充电电流Ic(见11部分),在制造商设定的错误条件下,应当在终端产品应用中采用保护过大电流充电的措施:
a.两个模块化组件,比如二极管
b.一个模块化组件和一个限流型组件,比如电阻或保险丝。
限流组件应当限制充电电流为11部分非正常充电测定值的1/3。
例外1:
在终端产品应用时电池回路不需要充电保护,电池不必承受充电电流,如电池操作装置。
例外2:
电池已试验不会产生爆炸危险时,特殊应用不需要保护组成。
例外3:
可充电电池仅要求一个限流组件,而不是一个模块组件。
性能
5. 概述
5.1 专业更换型电池
5.1.1专业更换型锂电芯或电池应当按10-20章要求试验, 其中12章,强制放电试验,仅适用于电芯用于如电池组的多电芯串联应用。
多电芯安装见5.3.1。
5.1.12009年11月25日修订
5.1.213章挤压试验或14章冲击试验中,电芯或电池组起火或者发生爆炸,20章铝试验容器中火焰试验电池大面积破裂,专业更换型电芯或电池被限制应用在易导致起火或者爆炸的任何条件下。
5.1.22009年11月25日修订
5.1.315章加速度试验,16章振动试验,18章温度循环和19章低压试验(高度模拟)时,进行这些试验时,确定发生了大量物质溢出泄露,数值间表5.1,排气和漏液质量损失标准,可判定为不可接受的泄露。
5.1.32009年11月25日修订
表5.1 排气和漏液质量损失标准
电芯或电池的质量
最大质量损失
不超过1g
0.5%
1~5g
0.2%
>5g
0.1%
5.2 用户更换的电池
5.2.1 用户可更换的电芯或电池按10-20章试验。
12章的强制放电试验只适用于如电池组的多电芯应用。
除了应按照5.1.1专业可更换的电芯或电池的要求外,用户可更换的电芯或电池在进行13章挤压试验或14章冲击测试时,不会爆炸或起火。
按照10—20章要求和第4章适合性建议的要求,二次锂电芯不能作为用户更换型电池。
5.2.12009年11月25日修订
5.2.2 取5个样品电池用来做20.3的火焰测试;见表6.3。
如果5个样品中只有一个不符合要求,另外取5个样品测试。
第二组的这5个样品应当全部符合要求。
5.3 多电芯安装
5.3.1 专业更换型或用户更换型电芯若用于多电芯安装或电池组,还应当进行10.3和12章的试验。
测试后不应起火或爆炸。
另外,电池进行10.3短路试验时,应满足5.1.1节和5.2.1节短路试验要求。
6. 样品
6.1充满电的一次电芯或电池以及不完全和完全放电的电池,按10—20章的试验说明进行试验。
样品的数量在表6.3中显示。
当一组具有不同尺寸的电芯或电池, 化学性质相似,可以选取一个代表尺寸进行测试。
6.12009年11月25日修订
6.2 充满电的二次电芯或电池以及经过充放电循环的二次电芯或电池,按10-20章说明要求试验。
每项试验的专业更换型二次电池样品数量见表6.2。
用户可更换的二次电芯和电池测试用样品数量见表6.4。
当一组具有不同尺寸的电芯或电池, 化学性质相似,可以选取一个代表尺寸进行测试。
6.22009年11月25日修订
表6.2二次专业可替换型电池用于每个试验的电池数量
表6.22009年11月25日删除
表6.3 一次电池用于每个试验的电池数量
表6.32009年11月25日修订
试验项目
满电态
半放电态
完全放电态
电性能测试
短路b
室温下
5
5
—
55℃下
5
5
—
非正常充电
5
5
5
强制放电c
5
5
—
机械性能测试
挤压
5
5
—
冲击
5
5
—
加速度
5
5
5
振动
5
5
5
环境测试
加热
5
5
—
热循环
5
5
5
低压(高度模拟)
5
5
5
起火爆炸试验
火焰
5(10)
—
—
a-液态负极电池,例如三氯或二硫化物,半电态测量。
b-串/并联用,见10.3。
c-串联用,见12.2样品说明。
d-取消火焰试验,一次电池只能用于专业更换型电池应用(即液态负极型)
表6.4 二次电池用于每个试验的电池数量
表6.42009年11月25日修订
测试方案
满电态
充/放电循环的测试电池
电性能测试
短路a
室温下
5
5
55℃下
5
5
非正常充电
5
5
强制放电b
5
5
机械性能测试
挤压a
5
5
冲击
5
5
加速度
5
5
振动
5
5
环境测试
加热
5
5
温度循环
5
5
低压(高度模拟)
5
5
起火爆炸试验
火焰
5(10)
—
a-串/并联用,见10.3。
d-串联用,样品说明见12.2。
7. 样品条件
7.1 放电
7.1.1一次电池端子连接电阻进行完全放电,在60天内达到预期放电水平。
电池在室温下放电,液态负极的电芯如三氯或者二硫化物,能达到半放电。
7.1.2固态电极和其他种类的一次锂电池不能在60天内放电因为自放电电流很小,在高温下长时期放电可用来获得放电的期望水平。
制造商建议的放电方法可以采纳以便取得需要的最短时间放电水平。
7.2 充-放电循环
7.2.1二次电芯测试的温度为25℃(77°F)。
电芯按照制造商的要求进行连续循环,循环至容量为初始标称容量的25%时或连续循环90天终止,循环可单个电池做或整组做。
按表6.4的试验前电芯先进行重新充电。
8. 重要的试验注意事项
8.1 一些锂电池在按10-20章的要求试验时可能爆炸。
个人必须做好防护,以免飞出的碎片、爆炸力,突然释放的热量以及爆炸噪音产生危害。
试验区域应通风良好,以防可能有害的烟雾或气体伤及人员。
8.2 在按10、12、13和14章试验期间,作为预防措施,应监测电池壳体表面温度。
当电池外表面温度超过90℃(194°F)时,所有参与试验的人员均不能靠近锂电池,同时表面温超过45℃(113°F)时,就不能触碰电池。
8.3 为安全起见,20章火焰试验应当在与观察者隔离的空间进行。
9. 温度测量
9.1 用热电偶测量温度。
热电偶是由小于0.21mm2(24AWG),大于0.05mm2(30AWG)的金属线和电压测量设备组成。
9.2 温度测量时热电偶应紧贴电池金属壳体表面。
例外:
也可以将热电偶固定在一张薄纸或标签上。
专业更换型和用户更换型电池试验
电性能试验
10. 短路试验
10.1 每个测试电池样品依次,正负极端采用负载阻值为80±20mΩ的导线短接。
实验中记录电池的温度,电池放电直至起火或爆炸,或直至电池完全放电态(电压<0.2V),电池表面周围温度返回到±10℃(±18°F)。
试验终止电压未达到0.2V取决于回路中保护装置的启动,最后结果表明电池周围温度回复到室温。
10.12009年11月25日修订
10.2 试验分别在20±5℃和55±5℃下进行。
电池在20±5℃和55±5℃下达到温度平衡后再短接。
10.3 除非制造商指明是串联或并联,否则电池应单独试验。
对于串联或并联应用, 另外五组电池需进行测试,采用电池的最大数目由所用串/并联数目定。
10.4 当电池中的过流或热保护装置激活时,电池须连接到没有开启保护装置的最大负载上进行试验, 满足短路标准的保护装置应按照2.3.1。
10.5 样品应不起火、不爆炸,电芯外壳或电池壳体温度不超过150℃(302°F)。
11 非正常充电测试
11.1 一次电芯或电池按照11.2-11.7进行。
11.2 电芯或电池的条件符合表6.3。
电池在环境温度20±5℃下进行测试。
11.3将每个电池反向连接于一直流电源上,使每个电池样品都要承受等于制造商指定的充电电流Ic的3倍的电流。
具体充电电流的获得是通过串联一特定尺寸和规格的电阻后获得的。
试验时间通过以下公式计算:
tc=2.5C/3(Ic)
其中:
tc—充电时间(h);C—电芯/电池的容量(Ah);
Ic—制造商指定的最大充电电流(A)
最短充电时间应为7h。
例外:
在生产商表明,比3倍Ic还大的测试电流能加快测试时间,最短充电时间为7h。
11.32009年11月25日修订
11.4 当非重置过流或保护装置工作时,电池以低于引起保护装置作用的充电电流下测试。
在测试时,可重置保护装置工作,最多允许保护器重置10次;或者完成适当的充电时间后,但不小于7h。
未经过标准认证的保护装置则应按2.3.1进行非正常充电测试。
11.5 样品应不起火、不爆炸
11.6二次电芯或电池按照11.7—11.10进行试验。
11.7电芯或电池的条件符合表6.4,符合后可用于试验。
电池在环境温度20±5℃下进行测试。
11.8每只试验样品电池以0.2C/1h恒流放电至生产商规定的终止电压,然后以规定的最大输出电压和最大充电电流Ic的3倍电流充电。
充电时间为7小时或生产商规定的充电结束条件需要的时间。
11.9电芯/电池不带过流或保护装置进行试验。
测试时,如果非重置过流或热保护装置工作,电池以低于引起保护装置起作用的充电电流测试。
在测试时,可重置保护装置工作,最多允许保护器重置10次;或者完成适当的充电时间后,但不小于7h。
未经过标准认证的保护装置则应按2.3.1进行非正常充电测试。
11.92009年11月25日修订
11.10样品应不起火,不爆炸。
12强制放电试验
12.1 本试验适用于串联,多电芯组合应用,如电池组。
12.2 通过将一个完全放电的电芯与同型号的满充电态电芯串联来强制放电。
串联的满充电电芯数目=串联应用的最大数目-1。
5个电芯在室温完全放电。
12.22009年11月25日修订
12.3 当完全放电的电芯与特定数目的满充电态电芯串联好后,电池组就短路了。
12.32009年11月25日修订
12.4 正、负极端子连接到阻值80±20mΩ的负载上。
电池放电直至起火或爆炸,或直至电池完全放电(电压<0.2V),或壳体温度重新降至±10℃室温停止。
试验终止电压未达到0.2V取决于回路中保护装置的启动,待电池周围温度恢复到室温检测最后结果。
12.42009年11月25日修订
12.5 当过流保护装置在试验中运作,试验应在不引起保护装置起作用的最大负载下进行,没有经过标准认可的保护装置应按2.2.1进行强制放电试验。
12.52009年11月25日修订
12.6 样品应不起火、不爆炸
机械性能试验
13. 挤压实验(Crush Test)
13.1 电池在两个平的表面之间进行挤压。
挤压力度来源于使用液压活塞或相似的施力机械。
平板表面接触到电芯,继续挤压直至压力达到13±1kN(3000±224pounds)。
当达到最大压力后降压。
13.12009年11月25日修订
13.2 一个圆柱型或方型电池受压时其长轴线平行于压力装置的平面。
方形电池还应沿长轴方向转90℃,目的使宽侧及窄侧均承受压力,每个样品电池只能承受1个方向的压力,每个试验采用单个的电池。
13.3 硬币或钮扣电池应在平行于电池平面方向施压。
13.4 样品不起火、不爆炸。
图14.1
14. 冲击试验(Impact)
14.1 测试样品电池放在平面上。
将一直径15.8mm±0.1mm(5/8±0.004inch)的棒放在样品中心, 让重量9.1±0.46Kg(20±1pound)的重物从610mm±25mm(24±1inch)高度落到试样上。
见图14.1。
14.12009年11月25日修订
14.2 圆柱形或方形电池受冲击时,其长轴应平行于平面并且与放在试样中心的直径15.8mm的棒的曲面垂直。
方形电池应沿长轴方向转90度,以使宽侧和窄侧均承受冲击。
每个样品电池只承受一个方向的冲击,每个测试都采用独立试样。
14.22009年11月25日修订
14.3 硬币或钮扣电池受冲击平面平行于平面,15.8mm的棒的曲面位于其中心。
14.32009年11月25日修订
14.4 样品应不起火、不爆炸。
15 加速度测试(Shock Test)
15.1 电芯放在固定夹具上,每个面均应固定。
每个电芯均应承受3个同等大小的加速值,每个电芯沿三个相互垂直的方向加速,除非电芯形状只有两个对称的方向试验。
每次振动加速方向应垂直于电芯的表面。
加速度要求:
在最初3ms内最小平均加速度应达到75g(g—重力加速度)。
峰值加速度介于125—175g。
试验温度20±5℃。
15.2 样品应不起火、不爆炸。
另外,样品应如5.1.1描述的不排气或不漏液。
16. 振动试验(Vibration Test)
16.1 电池经受简单的调谐振动,振幅为0.8mm(最大偏移1.6mm)。
16.2 振动频率在10—55Hz范围内以1Hz/min的速率变化,在90—100min内恢复。
电池沿3个相互垂直的方向振动。
对于只有两个轴向的电池,电池应沿垂直于每个轴的方向测试。
16.3 样品应不起火、不爆炸。
另外,样品应如5.1.1描述的不排气或不漏液。
环境测试
17 加热测试
17.1把电池放在自对流或强制对流烘箱中加热,烘箱的起始温度为20±5℃,并以5±2℃/min的速度升温至130℃,并保持10min。
样品恢复至室温(20±5℃),然后检测。
对于设定温度在100℃以上的电池,条件温度应增加至130±2℃,恢复温度为制造商设定的最大温度30±2℃。
对于锂金属化学电池,环境温度应增加至170±2℃。
17.12009年11月25日修订
17.2 样品应不起火、不爆炸
18 热循环测试
18.1 电池放于试验箱内,并进行以下循环:
a) 30min内升温至70±3℃,保持温度4h。
b) 30min内降温至20±3℃,保持温度2h。
c) 30min内降温至40±3℃,保持温度4h。
d) 30min内升温至20±3℃。
e) 重复上述循环9次。
f) 第10次循环后,在检查电池前,至少将电池在20±5℃温度下放置24h。
18.2 样品应不起火、不爆炸。
另外,样品应如5.1.1描述的不排气或不漏液。
19 低压(高空模拟)试验
19.1 样品电池在绝对压力为11.6Kpa(1.68psi)、温度为20±3℃(68±5°F)条件下放置6小时。
19.2 低压(高空模拟)试验后,样品电池应不爆炸、不起火。
另外,样品应如5.1.1描述的不排气或不漏液。
明火测试
20 火焰试验
20.1 当进行20.2—20.5所述试验时,爆炸电芯或电池应没有任何部分穿透金属网罩。
穿透金属网就是部分或全部电池伸出了网罩。
20.2
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- 关 键 词:
- UL1642 美国 锂电池 安全标准