淺談本質(zhì)安全型電氣設(shè)備中的電池或電池組

丁娜，于帆

（沈陽電氣傳動(dòng)研究所（有限公司），遼寧 沈陽 110041）

1 引言

現(xiàn)在越來越多的防爆電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本質(zhì)安全型，主要是由于其安全程度高，結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，并且造價(jià)遠(yuǎn)低于其他型式的防爆產(chǎn)品。但是由于本安型電氣設(shè)備的電氣參數(shù)和使用功率受到限制。因而，應(yīng)用范圍還有一定的局限性。

本質(zhì)安全型電氣設(shè)備是所有電路為本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備。本質(zhì)安全型電氣設(shè)備由設(shè)備供電分為兩種情況:一種是由電網(wǎng)供電的設(shè)備，它和關(guān)聯(lián)設(shè)備及連接的導(dǎo)線或電纜三部分構(gòu)成本質(zhì)安防爆系統(tǒng)。也就是說這種電氣設(shè)備不是獨(dú)立的，必須要三者組合在一起才可以使用。另一種是由電池或電池組供電的本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。這種設(shè)備具有獨(dú)立性，可單獨(dú)使用。

隨著便攜式本質(zhì)安全電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用，且其中大部分供電方式為電池或電池組供電，則其在本安領(lǐng)域作用越來越重要。本文主要介紹電池或電池組在本安產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的要求和建議。

2 本安電器中電池或電池組的結(jié)構(gòu)要求

電池或電池組結(jié)構(gòu)應(yīng)為下列型式之一:

（1）密封式（氣密）電池或電池組；

（2）閥控式密封電池或電池組；

（3）帶有壓力釋放裝置，且采用與（1）項(xiàng)和（2）項(xiàng)同樣的方式密封的電池或電池組。

這些電池或電池組在整個(gè)使用期限內(nèi)應(yīng)不需要補(bǔ)充電解液，并且具有符合下列要求的金屬或塑料密封外殼:

①?zèng)]有接縫或接口，例如采用整體拉伸法、離心鑄造法、模壓法、熔接法、釬焊、熔焊法或具有由外殼結(jié)構(gòu)保持永久壓緊的彈性或塑料密封器件（例如墊圈和“O”型圈）粘接密封法。

②不符合上述要求的擠壓、壓接、熱縮合或折合的外殼部件結(jié)構(gòu)，或采用透氣材料（例如，以紙為基礎(chǔ)的材料）的部件結(jié)構(gòu)，均不認(rèn)為是密封式結(jié)構(gòu)。

③端子周圍的密封應(yīng)是上述結(jié)構(gòu)，或者是采用熱固或熱塑化合物澆注的密封結(jié)構(gòu)。

（4）澆封式電池或電池組。制造商用于澆封的化合物應(yīng)與規(guī)定的電解液相適應(yīng)，并符合相關(guān)的規(guī)定。

3 本安電路中電池或電池組的防止電解液泄漏及排氣要求

電池、電池組應(yīng)具有電解液不能夠溢出的結(jié)構(gòu)型式，或者電池、電池組應(yīng)密封起來防止電解液泄露損壞與本質(zhì)安全性能有關(guān)的元件。電池或電池組應(yīng)進(jìn)行電池或電池組電解液泄漏試驗(yàn)，或者制造商提供電池或電池組產(chǎn)品符合電池或電池組電解液泄漏試驗(yàn)規(guī)定的書面證明。

如果設(shè)備使用在其內(nèi)部充電的電池或電池組，電池組制造商應(yīng)說明，氫氣的含量不會超過電池盒凈容積的2%，或者所有電池的透氣孔結(jié)構(gòu)應(yīng)能使排出的氣體不會排放到含有電氣或電子元件或線路的設(shè)備外殼內(nèi)。

對于電池組盒內(nèi)部的壓力應(yīng)不高于大氣壓力30kPa，可用一個(gè)透氣孔實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)要求。在“密封”的電池內(nèi)允許有較高的壓力，但是每個(gè)電池需配備有泄壓裝置，或采用泄壓方法把壓力限制在制造商規(guī)定的、電池能承受的壓力值以內(nèi)。

4 本安電路中電池或電池組的設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)清楚電池的標(biāo)稱電壓和最高開路電壓，對于考慮電池或電池組的溫度和能量有著至關(guān)重要的作用。標(biāo)稱電壓為制造商規(guī)定的（電池）電壓，最高開路電壓為在正常條件下，新的原電池或剛充滿電的蓄電池可達(dá)到的最高電壓，標(biāo)稱電壓和最高開路電壓的確定依據(jù)表1和表2。

表1 原電池

表2 蓄電池

確定電池或電池組供電的本安設(shè)備的溫升時(shí)，電壓采用標(biāo)稱電壓。如果GB3836.4－2010附錄A中的表A.1中的最大開路電壓的1.5安全系數(shù)對應(yīng)的電流值大于電池或電池組的最大短路電流，則此電池或電池組可以直接應(yīng)用，反之，需對電池或電池組進(jìn)行限流以達(dá)到保護(hù)作用，一般措施是串聯(lián)限流電阻，值得注意的是在串聯(lián)限流電阻時(shí)，應(yīng)將電池與限流電阻膠封為一體。

如果設(shè)備所含的電池不允許在爆炸性環(huán)境中更換，在下列情況下不要求在單體電池的端子處進(jìn)行火花點(diǎn)燃放電試驗(yàn):

（1）單體電池的峰值開路電壓小于4.5V；

（2）單體電池端子處的最大電壓和瞬態(tài)電流的乘積不超過33W。

5 本安電路中電池或電池組的使用及注意事項(xiàng)

（1）某些型式的電池或電池組，例如鋰電池，如果短路或反向充電時(shí)可能引起爆炸。當(dāng)爆炸可能對本質(zhì)安全性能產(chǎn)生不利影響時(shí)，所使用的這種電池或電池組必須由制造商證明，它們用于本質(zhì)安全型電氣設(shè)備時(shí)不會引起爆炸。設(shè)備文件和標(biāo)志（可行時(shí)）應(yīng)重點(diǎn)明示須遵守的安全措施。

如果預(yù)期用戶要更換電池組，設(shè)備上應(yīng)用“僅使用××××電池”警告牌標(biāo)示。

（2）如果電池或電池組需要使用限流器件保護(hù)自身安全，但電池組不在爆炸性環(huán)境更換，則電池或電池組應(yīng)與限流器件澆封或密閉封裝，只有本質(zhì)安全輸出端子和經(jīng)適當(dāng)保護(hù)的充電用本質(zhì)安全端子可暴露?；蛘邔⑵浒惭b在一個(gè)具有GB3836.1規(guī)定的特殊緊固件的腔體內(nèi)。且應(yīng)滿足以下三項(xiàng):

①電池、電池組支架或與設(shè)備連接方式的布局合理不影響本質(zhì)安全性能；

②對完整的便攜式電氣設(shè)備應(yīng)能承受GB3836.1－2010規(guī)定的跌落試驗(yàn)；

③警示標(biāo)語，如“可能存在爆炸性氣體時(shí)請勿更換電池”。

（3）對于帶外部充電觸點(diǎn)的電池或電池組組件，當(dāng)任何一對觸點(diǎn)可能偶然短路時(shí)，應(yīng)采取措施防止短路或防止單體電池和電池組向觸點(diǎn)釋放足以點(diǎn)燃的能量。具體方法符合其中之一即可:

①充電電路中應(yīng)設(shè)置阻塞二極管或串聯(lián)可靠電阻；

②對于Ⅱ類電氣設(shè)備，適當(dāng)保護(hù)的充電電路外殼防護(hù)等級應(yīng)不低于IP30，并且應(yīng)具有規(guī)定的警告標(biāo)志。

6 結(jié)論

本文通過對本安電路中電池或電池組的應(yīng)用，對電池的結(jié)構(gòu)，電解液泄漏，排氣，溫度和能量均進(jìn)行了介紹與要求，同時(shí)闡述了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的相關(guān)問題。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)根據(jù)具體產(chǎn)品，按照標(biāo)準(zhǔn)要求使產(chǎn)品即保證工作性能又能達(dá)到安全性能。

［1］薛丁法，徐剛，趙玉琪，等.工廠防爆電氣設(shè)備應(yīng)用技術(shù)［M］.中國科學(xué)技術(shù)出版社，1990（10）.

［2］GB3836.1－2010爆炸性環(huán)境第1部分:設(shè)備通用要求（IEC60079－11:2007，MOD）［S］.

［3］GB3836.4－2010爆炸性環(huán)境第4部分:由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備（IEC60079－11:2006，MOD）［S］.