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    防爆鋰電池干貨及防護等級

    鉅大LARGE  |  點擊量:1962次  |  2023年10月10日  

    防爆電器主要用于石油、化工、煤礦、軍工等行業,使用環境基本用于易燃易爆場合,防爆電器除了本身電器功能外,電器外殼、內部各種部件都要使用防爆專用材質,其中防爆電器外殼根據防爆電器種類、使用場合對材質也有不同要求!


    鋰電池已成為便攜式電子產品的首選電池,容量密度高,價格有競爭力,預計在未來幾年內仍將是市場的主流。然而,鋰電池一直隱藏著爆炸的風險,因為使用得越廣泛,爆炸事件就會層出不窮?,F在防爆電路和防爆電芯技術都很成熟,爆炸事件應該越來越少。


    一、鋰電池爆炸的原因


    鋰是化學周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高,廣受消費者與工程師歡迎。但是,化學特性太活潑,則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時,會與氧氣產生激烈的氧化反應而爆炸。為了提升安全性及電壓,科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構,形成了納米等級的細小儲存格子,可用來儲存鋰原子。這樣一來,即使是電池外殼破裂,氧氣進入,也會因氧分子太大,進不了這些細小的儲存格,使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。鋰離子電池的這種原理,使得人們在獲得高容量密度的同時,也達到安全的目的,以下是常見電池爆炸原因:


    1.短路及過充


    短路時,電池內部會產生非常大的電流和熱量,產生的熱和過強的電能釋放不僅會導致電池壽命嚴重受損,而且對于使用密閉封裝而成的鋰電池來說,其內部會產生一定的壓力從而導致電池內部壓力驟增,并且由于鋰離子的化學特性非?;顫?,最終會產生外殼爆裂和燃燒的情況出現。


    當我們對電池進行過度充電(過充)操作時,由于鋰電池負極無法嵌入更多的鋰離子,導致鋰離子在負極表面以金屬鋰析出,造成枝晶鋰現象的出現,當枝晶鋰生長到一定程度便會刺破隔膜,造成電池內部短路,出現隔離膜破損,同樣會出現內部短路的情況,從而引發安全事故。


    2、振動跌落刺穿


    電池組在劇烈振動或跌落時造成的電芯內部極片錯位焊接虛焊導致嚴重短路而爆炸。


    如果鋰電池被任何硬物刺穿,其內部的鋰離子會直接與空氣中的氧產生化學反應,同樣會出現劇烈燃燒的現象。


    3、高溫


    炎熱的夏季或者長時間暴曬的車內,都會導致鋰電池所處的環境溫度高于其正常存放溫度。所以在我們使用內含鋰離子電池的設備時,應該盡量避免在過高溫度的環境中長時間使用,否則會出現其內部壓力驟增的情況,也就是我們常說的鼓包。


    二、防爆保護措施


    1、電池單體保護


    防爆技術是一種新型電池產品,由安全系數高的材料制成,能有效抑制電池爆炸。防爆鋰電池組的安全性是其最大的特點。為了確保鋰電池的安全,我們通常在電池外殼上設計一個防爆閥,當壓力過高時會及時損壞,釋放電池內部的壓力,避免鋰電池組在熱失控時爆炸。


    2、電池組保護


    為了防止鋰電池發生火災和爆炸,首先要控制電池質量,使用全新A品鋰電池,同時不要超過使用壽命。以及出色的電池PACK工藝,最重要的是為單個電池的每個組件開發新材料和改進電池組工藝。在電池組工藝中,計劃采用熱平衡系統,以確保電池組的整個溫度均勻,電池組的任何部分都不會過熱。還有高效的電池管理系統,最大限度地降低電池起火的可能性。至少要包含:充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限、溫度上下限 四項。一般鋰電池組內,除了鋰電池芯外,都會有一片保護板,這片保護板主要就是提供這四項保護。但是,保護板的這四項保護顯然是不夠的還有一些物理防護。                   


    3、防爆外殼保護


    常見防爆電器外殼使用的材質有四種分別是不銹鋼、碳鋼、鋁合金、工程塑料。不同材質用途不同,外觀區別也很大。


    鋁合金材質:箱體由品質高的鋁合金材質做成,鋁合金是一種在工業中應用范圍非常廣的有色金屬結構材料,有強度高、密度低、硬度好、塑性好、導電性和導熱性優良的材質。


    304不銹鋼材質:還叫做18/8不銹鋼,是一種常見的不銹鋼材質。用這種材質具有韌性高、防爆性好的特點。


    碳鋼材質:也叫碳素鋼,成分中含有硅、錳、硫、磷,但量較少。碳鋼的硬度很高,一般含碳量越大,硬度越高,強度也越高。這種材質具有很好的耐沖擊性。


    工程塑料:這種塑料和普通的塑料不同,是用工程材料及其他材料做成的塑料,綜合性能較好,剛性大,強度高,同時具有很好的耐熱性和電絕緣性,適合在嚴苛的化學或物理環境中使用。這類材質雖然有很多優點,但造價高、產量低是其的缺點。


    4、滅火裝置

    便攜簡易式氣溶膠滅火器


    三、鋰電池能否單獨取防爆合格證?


    鋰電池不能單獨取防爆合格證


    在防爆標準GB/T 3836系列中,有對鋰電池的規定,市面上一般有如下取證方式:

    成套設備:鋰電池與設備一起申請整機的防爆合格證;

    防爆設計:鋰電池本身設計成一種防爆類型的設備去取證(如:隔爆型鋰電池電源裝置)。


    注:鋰電池本身不做處理的話,是不能單獨取防爆合格證的。


    四、鋰電池在防爆標準中需滿足的要求


    1、防爆設備的通用要求:


    執行標準:GB/T 3836.1-2021中第23條。


    連接方式:串聯。

    640.png


    需要報告:GB/T 30426、或IEC 61960

    640 (1).png

    參數要求:

    640-(2).jpg


    2、隔爆“d”型設備中的鋰電池要求:


    執行標準:GB/T 3836.2-2021中附錄E條。

    640-(3).jpg

    主要內容:


    A、隔爆外殼內的電池(或電池組)通用要求;

    B、安全裝置的布置;

    C、隔爆外殼內蓄電池充電;

    D、保護二極管的定額和保護裝置的可靠性。


    3、增安“e”型設備中的鋰電池要求:執行標準:GB/T 3836.3-2021中5.6條。

    640 (4).png


    主要內容:

    640 (5).png


    此外,容量不同,要求也不同


    A、≤25Ah單體電池或電池組要求:


    注:設備可采用鋰電池(密封式),若有防反向充電措施,串聯不得超過六節,否則是三節。

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    B、>25Ah閥控式或排氣式單體電池或電池組要求:


    注:設備不可采用鋰電池,只能選用標準上規定的電池類型。

    640 (7).png


    4、本安“i”型設備中的鋰電池要求:執行標準:GB/T 3836.4-2021中7.4條。

    640 (8).png要求:A、本安設備中的鋰電池可以并聯,但前提條件是不破壞本安性能,還需滿足UL 1642或GB/T 28164的要求。


    B、重點主要在其保護板上的本安電路設計。

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    本安電池的測試,之前已發布,見本安產品電池和電池組試驗。


    5、正壓“p”型設備中的鋰電池要求:執行標準:GB/T 3836.5-2021中附錄G、附錄H。


    要求:


    A、“pxb”與“pyb”型的按附錄G要求執行;

    B、“pzc”型的按附錄H要求執行。

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    6、“n”型設備中的鋰電池要求:


    執行標準:GB/T 3836.8-2021中10.2.2條。要求:滿足增安防爆類型中“ec”的要求即可。

    640 (11).png


    7、澆封“m”型設備中的鋰電池要求:執行標準:GB/T 3836.9-2021中7.8條。


    主要內容:

    A、防止氣體外溢、溫度過高;

    B、反向電流、電流限制;

    C、極性轉換、過度放電;

    D、控制安全裝置的要求。

    640 (12).png


    三、防爆電池組



    1.防爆標志構成


    防爆標志一般由以下5個部分構成:


    ①防爆標志EX:表示該設備為防爆電氣設備;


    ②防爆結構形式:表明該設備采用何種措施進行防爆,如d為隔爆型,p為正壓型;i為本安型等;


    ③防爆設備類別:分為兩大類:I為煤礦井下用電設備、II非礦井下用電氣設備;


    ④防爆級別:分為A、B、C三級,說明其防爆能力的強弱;


    ⑤溫度組別:分為T1~T6六組,說明該設備的最高表面溫度允許值。圖片

    640.jpg640-(1).jpg


    02、爆炸性氣體環境危險區域的劃分


    不同的國家和地區,按各自的標準劃分爆炸危險區域。我國根據爆炸性氣體混合物出現的頻繁程度和持續時間,將爆炸性氣體環境分為0區、1區和2區。(與IEC國際電工委員會一致)   


    (0區一般只存在于密封的容器,貯罐等內部氣體空間,在實際設計過程中1區也很少存在,大多數情況屬于2區)。


    爆炸性氣體環境0區爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所
    1區在正常運行時,可能出現爆炸性氣體環境的場所
    2區在正常運行時,不可能出現爆炸性氣體環境,如果出現也是偶爾發生并且僅是短時間存在的場所
    可燃性粉塵環境20區在正常運行過程中可燃性粉塵連續出現或經常出現,其數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內部
    21區在正常運行過程中,可能出現粉塵數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區的場所,該區域包括,與充入或排放粉塵點直接相鄰的場所、出現粉塵層和正常操作情況下可能產生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所
    22區在異常情況下,可燃性粉塵云偶爾出現并且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾出現堆積或可能存在粉塵層并且產生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時,則應劃分為21區


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    3、Ⅱ類電氣設備分類


    Ⅱ類按其適用于爆炸性氣體混合物最大試驗安全間隙或最小點燃電流比,分為ⅡA,ⅡB,ⅡC 三類;并按其最高表面溫度分為T1-T6六組。

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    4、防爆電氣設備結構型式


    (1)隔爆型具有隔離外殼的電氣設備,能把點燃爆炸性混合物的部件封閉在一個外殼內。該外殼能承受內部爆炸性混合物的爆炸壓力并阻止其向周圍爆炸性混合物傳爆。


    (2)增安型在正常運行條件下,不會產生點燃爆炸性混合物的火花或危險溫度,并在結構上采取措施,提高其安全程度,以避免在正常運行條件下和規定的過載條件下出現點燃爆炸性混合物的火花或危險溫度。


    (3)本質安全型在正常運行情況下或標準試驗條件下所產生的火花或熱效應,均不能點燃爆炸性混合物。


    (4)通風充氣型或正壓型具有保護外殼,且殼內充有保護氣體,其壓力保持高于周圍爆炸性混合物氣體的壓力,以避免外部爆炸性混合物進入外殼內部。


    (5)充油型全部或某些帶電部件浸在油中,使之不能點燃油面以上或外殼周圍的爆炸性混合物。


    (6)充砂型外殼內充填細顆粒材料,以便在規定使用條件下,外殼內產生的電弧、火焰傳播,殼壁或顆粒材料表面的過熱溫度,均不能點燃周圍的爆炸性混合物。


    (7)防爆特殊型采用國標GB3836—83《爆炸性環境用防爆電氣設備》未包括的防爆型電氣設備或部件時,由主管部門制訂暫行規定,送勞動人事部備案,并經指定的鑒定單位檢驗后,按防爆特殊型電氣設備處置。


    (8)粉塵防爆型為了防止爆炸性粉塵進入設備內部,外殼的接合面應緊固嚴密,并加封墊圈,轉動軸與軸孔間要加防塵密封。粉塵沉積有增溫引燃作用,所以要求設備的外殼表面光滑、無裂縫、無凹坑或溝槽,并且有足夠的強度。


    (9)無火花型在正常運行時,不會出現火花,電弧和高溫表面的電氣設備,適用于2區。


    防爆結構型式的適用區域

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    5、爆炸性氣體混合物分類


    按引燃溫度分組 

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    爆炸性氣體混合物,按其最大試驗安全間隙(MESG)或最小點燃電流比(MICR)分級 


    MICR性質:在規定試驗條件下,氣體、蒸氣爆炸性混合物的最小點燃電流與甲烷爆炸性混合物的最小點燃電流之比。


    中國規定氣體、蒸氣危險物質按最小點燃電流比分為ⅡA級,ⅡB級和ⅡC級。

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    6、防爆標志舉例


    Example of Explosion Proof Sign

    如電氣設備為Ⅰ類隔爆型,標志為ExdⅠ。

    如電氣設備為ⅡB類隔爆型溫度組別為T4組,標志為ExdⅡBT4。

    如電氣設備為Ⅱ類增安型溫度組別為T2組,標志為ExeⅡT2。

    如電氣設備為ⅡA類本質安全型ia等級T5組的,標志為ExiaⅡAT5。

    如電氣設備為ⅡC類本質安全型ib等級T5組的關聯設備,標志為Ex(ib)ⅡCT5。

    如電氣設備為Ⅱ類澆封型T4組,標志為ExmⅡT4。


    如電氣設備采用一種以上的復合類型,則先標出主體防爆型式,后標出其他防爆型式,如主體采用增安型內裝ⅡC類防爆部件,溫度組別為T4,標志為ExedⅡCT4。


    如主體為正壓型,包含類T4組隔爆型,本質安全型ib級,澆封型部件,溫度組別為T4組,標志為ExpdibmⅡBT4。


    7、防護標志的構成及其含義


    1.IP防護等級


    IP(INTERNATIONAL PROTECTION)防護等級系統是由IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草。將燈具依其防塵防濕氣之特性加以分級。這里所指的外物含工具,人的手指等均不可接觸到燈具內之帶電部分,以免觸電。


    2.標志的構成


    IP防護等級是由兩個數字所組成,第1個數字表示燈具離塵、防止外物侵入的等級,第2個數字表示燈具防濕氣、防水侵入的密閉程度,數字越大表示其防護等級越高,兩個標示數字所表示的防護等級如表一及表二。


    IP防護類別是用兩個數字標記的:


    例如一個防護類別          IP       X     X


    標記字母;第1個標記數字;第2個標記數字

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