IEC62133 2012电芯和电池组的测试标准。

IEC62133 2012电芯和电池组的测试标准。

包含碱性或者其他非酸性电解液的二次单体电芯和电池（组）：便携式密封二次单体电芯及由它们制作的用于便携设备中的电池（组）的安全要求。
1、范围
本国际标准规定了含碱性或其它非酸性电解质的便携式密封二次电芯和电池（组）（不包括纽扣型电池），在预期使用和可预见性滥用情况下的安全性能要求和测试方法  2、 引用标准

本标准内容引用了下列文件或其中的条款，且在运用中是不可或缺的。对标明日期的参考文献，使用指定的版本。对未标明日期的参考文献，采用其最新版本（涵盖任何修订）。 IEC60050-482，国际电工术语——第482章：原单体电池和电池（组）以及二次单体电池和电池（组）
IEC61951-1，含碱性或其它非酸性电解质的二次电芯和电池（组）——便携式密封可充电式单体电芯——第1部分：镍镉电池 IEC61951-2，含碱性或其它非酸性电解质的二次电芯和电池（组）——便携式密封可充电式单体电芯——第2部分：镍氢电池 IEC61960，含碱性或其它非酸性电解液的二次电芯和电池（组）——应用于便携式二次锂电芯和电池（组）  ISO/IEC指南51，安全反面–标准中涉及到相关方面的应用指南
3、术语定义 IEC60050-482和ISO/IEC指南51中包含术语以及下列定义适用于本标准。
3.1 安全
免于不可接受的风险
3.2 风险
伤害和伤害严重性的发生概率集合
3.3伤害
身体受伤或对人健康的损害或对财产的损失或对环境的破坏
3.4 危险性
伤害的潜在根源
3.5 预定用途
和供应商提供的说明书、操作指南信息一致的产品的使用、处理和服务
3.6 合理可预计的滥用
产品的使用、处理和服务虽不符合供应商提供的使用要求，但他它将产生的结果可根据人的行为估计
3.7 二次单体电池  通过直接转换化学能提供电能的基本单元，它可以包括电极、隔膜、电解液、壳体和端子，并被设计为可以对其充电
3.8 二次电池组
二次单体电池的组装体，电压、尺寸、端子排列形式、容量和额定容量为其电性能特征的电能源
3.9 漏液
可见的液体电解质流失
3.10 排气
为防止破裂或爆炸，设计一种方法来释放电池内部过大的压力 3.11 破裂
由于内部或外部原因造成单体电池壳体或电池组壳体破裂。导致物质暴露或溢出，但又不是喷溅而出
3.12 爆炸
事故发生时，单体电池的壳体或电池组的外壳猛烈破裂，且主要成分喷射而出
3.13 着火
单体电池或电池组冒出火焰
3.14 便携式电池
便于随身携带且用于设备装置的电池
3.15 便携式单体电池
用于组装在便携式电池中的单体电池
3.16 聚合物单体电芯
用于胶体聚合物电解质或固体聚合物电解质的电芯，不是液态电解质的。
3.17 额定容量
制造厂商声明的一个单体电池在规定的条件下经充电、静置和在指定测试下以0.2It A放电至规定的终止电压时所能放出的以C5AH为单位的电池电量
3.18 最大充电限值电压
由制造商规定的在电芯操作范围内的最高充电电压。
3.19最大充电电流
由制造商规定的在电芯操作范围内的最大充电电流。
4、参数测量误差
相对于规定值或实际值，所有控制值或测量值的准确度应在下述公差范围内
a) 电压：± 1%
b) 电流：± 1%
c) 温度：± 2%
d) 时间：± 0.1%
e) 尺寸：± 1%
f) 容量：± 1%
上述公差包含了所有测量仪器的准确度、所采用的测试技术方法以及所有其他测试过程引入的误差来源。
在仪器选择的辅助方面，选择模拟仪器可参见IEC60051，选择数字仪器可参见IEC60485.在任何一份记录结果的报告中都应提供所使用的测试设备的详细资料。

5、通用的安全性考虑
5.1 常规
二次单体电池和电池组需要从下面两种使用情况考虑其安全性能：
1）指定用途；
2）合理的可预见滥用
单体电池和电池组在设计和生产时，都应保证在指定用途和合理的可预见滥用情况下安全。可预计滥用后的单体电池盒电池组接下来在试验，试验结果是不能通过的。在使用时，无论如何，它们不能产生重大的危险。同时，指定用途的单体电池和电池组不仅应安全，且应在全部设计的应用方面都能正常工作。 本标准中可能出现的潜在危险包括：
a) 着火：
b) 爆裂、爆炸
c) 电解液的泄漏
d) 排气
e) 在非常高的外部温度下燃烧
f) 电池组外壳破裂，且内部成分暴露在外
通过目视检查和第7和第8条款的测试，看是否满足5.2到5.7，且和适用的标注要一致（见条款2）

5.2 绝缘和布线
当提供电压操作60s后，正极端子和电池组外露金属表面除电气接触表面间的绝缘电阻在直流500V时，应不少于5MΩ。
内部布线和它们的绝缘应足以抵抗预期最大电压、电流和温度要求。布线的排列应确保在连接器间有足够的间距和爬电距离。内部连接的结构完备，且足以满足合理的可预见滥用条件。

5.3 排气
电池组外壳和单体电池应备有一个压力释放装置，或在结构上保证它们在某个阀值或限度值时能释放电池内部过大的压力，以防止电池破裂、爆炸和自然。如果单体电池的外壳内采用了某种密封方法来支撑单体电池，那在电池正常使用下，这种密封的类型和方式不能造成电池过热，也不能妨碍压力的释放。

5.4 温度、电压、电流的管理
电池组应在设计时防止电池发生不正常温升情况。电池制造商设计电池应有温度、电压和电流的限制规定。电池应当为设备制造商提供说明书和充电指导，确保相关的充电器能维持在限制规定的温度、电压和电流内充电。
注：在必要时，应提供充放电是限制电流在安全范围内的方法。

5.5 连接端子
应在电池外表面清楚的标明端子的极性。连接端子的尺寸和形状应确保端子能承受预计的最大电流。连接端子的外表面应是具有良好机械强度和耐腐蚀性的导电金属。连接端子分布应能尽可能小的预防短路
例外注意：如果外部链接器设计阻值极性的反接，设计细节到生产连接电池的外部连接器不需要极性的标示。

5.6 单体电池组装成电池组
5.6.1 规定
如果有多个电池被封装在一个电池外壳内，被用来组装成电池（组）的单体电池应具有相近的匹配容量、相同的设计、相同的化学体系、且有同一厂家生产。每个电池应该有独立的控制和保护。为了电池制造商或设计者能确保自身的设计和组装，电芯的制造商应该给出建议的限制电流、电压和温度。对于被设计成部分串联在一起的单体电池进行选择性放电的电池组，应加装单独的电路以防止由于不均匀放电造成单体电池极性反转。保护电路组成应当适当考虑添加提供结束设备。当测试一个电池时，为符合本标准，电池制造商应当提供一份确认测试报告。通过检查是否符合。
5.6.2 锂电池系列设计建议
每个电芯或每个由一组多个并联的电芯的电压应当不超过表4中规定的充电上限电压，除便携式电子设备或看似有相同功能的。  在电池包装和设备的设计上，可参考以下几点：
A)对于由单个电芯或封装的电芯组成的电池，建议电芯的充电电压不要超过表4中规定的充电上限电压。
B)对于由多个并列电芯或封装电芯组成的电池，建议每个单体电池或封装电池的电压不要超过表4中贵低昂的充电上限电压，可以通过检测每个单体电芯或封装电芯
C)对于由多个并列电芯或封装电芯组成的电池，建议当任何一个电芯或封装电芯的电压超过充电上限电压时充电停止，可以检测每个电芯或封装电芯的电压。

5.7 质量计划
制造商应准备质量计划，以规定对原料、原件、单体电池盒电池组的检验流程，而且这个计划应覆盖生产不同型号单体电池和电池的整个过程。制造商应当了解吱吱的加工能力，且应当建立必须的生产安全加工控制。

6 型式试验条件
对于镍镉和镍氢系列的型式试验按照表1的规定数量进行，锂电池系列的按照表2数量进行，且使用不超过6个月的单体电池或电池组进行。除非另有规定，试验应在20 °C ± 5 °C.环境温度下进行。
注：使用测试条件仅针对型式试验而言，不代表指定用途的操作都必须在该条件下进行，同样的，6个月的限制仅为了一致性的要求，不代表超过6个月的电池安全性能会降低。

表1-型式试验样品规格（镍系列）

表2-型式试验样品数（锂系列）

7具体要求和测试（镍系列）
7.1 测试目的的充电过程   除非在本标准中另外指明，为测试目的的充电过程应按照制造商声明的方法，在20°C± 5°C环境下进行。
在充电前，电池应在20°C ± 5 °C环境下，以0.2 I t A的电流恒流放电至指定的终止电压
警告：如果没有采取足够的预防，这些测试过程可能造成伤害，测试应在充分保护下有资质和经验的技术人员承担。为防止燃烧，应仔拿取这些电芯或电池，因为测试的结果可能会使它们的外壳温度超过75℃.
7.2 预期使用
7.2.1 低倍率持续充电
a)要求：低倍率持续充电不应引起着火和爆炸
b)测试：单体电池充电完成后按照制造商规定的方法持续充电28天
c)接受准则：不着火，不爆炸
7.2.2 振动：
a)要求：在运输途中遭受振动时，不应引起泄漏、着火或爆炸。
b)测试：单体电池或电池组在冲完电后按下列测试条件和表3的测试顺序进行振动测试。在单体电池或电池组上施加振幅0.76mm的简谐振动，最大行程为1.52mm。振动频率在10Hz到55Hz间以1Hz/min的速率变化。在每个安装位置（振动方向）上，频率从10Hz到55Hz，然后再从55Hz返回到10Hz应在90 min ± 5 min内完成。按下列的顺序在相互垂直的三个方向上时间振动。
步骤一：判断被测试的电池的电压是否为标称值。
步骤2-4：按表3的规定施加振动。
步骤5：静置1个小时，然后进行感观检验。
C)接受条件：不找火，不爆炸，不泄漏

表3-振动测试的条件

7.2.3高温下模制壳体应力
A)要求：在高温环境下使用中外电池的内部组件不应暴露破。
B)测试方法：
电池（组）充电完成后暴露在适当的高温中以判断外壳的完整性。电池放置在温度70 °C ± 2 °C.的空气循环的烘箱中。在烘箱中放置7小时后，移出烘箱，并回复恢复至室温。
C)接受条件：电池外壳不发生致使内部原件暴露在外的物理变形。
7.2.4 温度循环
A)要求：反复暴露在高低温中，不应引起着火或爆炸。
B)测试按照下列过程进行，温度曲线如图1所示  单体电池或电池组完成充电后，按照下述过程在强制通风橱中承受温度循环(–20 °C, +75 °C),
步骤1：将单体电池或电池组放置在75 °C ± 2 °C的环境温度下4h.
步骤2：在30min内将环境温度降低到20°C ± 5°C，并保持最少2h.
步骤3：在30min内将环境温度降低到-20°C ± 2 °C，并保持4h.
步骤4：在30min内环境温度上升到20°C ±5°C，并保持至少2h.
步骤5：重复上述步骤4个循环。
步骤6：在第5次循环后，在至少有24h的恢复期间储存并检查电池。
注：本次试验可以在一个温度可变的箱内进行，也可以在具有不同温度的3个箱内进行。
C）接受准则：无起火，无爆炸，无泄漏。

图1 温度循环曲线

7.3合理的可预见滥用
7.3.1 单体电池不正确安装（电芯）
A)要求：将一个单体电池不正确安装在多个单体电池装置中，不应引起燃烧或爆炸。
B)测试方法  在其中一个单体电池不正确安全的情况下对充电完成后的单体电池进行评估。4只相同品牌、型号、尺寸、寿命的充满电的电芯串联在一起，其中一只反极性放置。形成的组合体通过一个阻值为1Ω的电阻相连，直到泄压孔或极性反放的单体电池的温度回到室温为止。或者，可以使用一个恒定的直流电源模拟单体电池反极性放置的情况。
C)接受准则：不起火，不爆炸。

7.3.2 外部短路
A)要求：正负极端子间短路不应引起着火或爆炸。
B)测试方法：两组充满电的单体电池或电池组分别放置在20°C±5°C和55°C±5°C环境中。每个单体电池或电池组用外电路总电阻80±20mΩ将正负极端子短路，单体电池或电池能短路维持24小时或到外壳温度从最高温度降低20%，二者取时间最短的。
C)接受准则：不起火，不爆炸。

7.3.6 单体电池的挤压
A)要求：单体电池经严重的挤压（例如在废物压实机中处理时）不应引起着火或爆炸。
B)测试方法：每个充满电的单体电池放置于两平面间进行挤压。挤压由一个能施加13 kN ± 1 kN的液压活塞提供。挤压应选择能引起最不利结果的方式施加。一旦达到最大压力或电压骤然降低了初始电压的1/3，应释放压力。  圆柱性或方形单体电池的长轴应平行于压力机的挤压平面。为对方形单体电池的长边和窄边都进行测试，应相对于第一组测试的方向，将单体电池绕长轴旋转90°后进行第二组测试。
C)接受准则：不起火，不爆炸。

7.3.7 低压力
A)要求：低压力（例如在运输途中，处于飞行器货舱中）不应引起着火或爆炸。
B)测试方法：将充满电的单体电池放置在环境温度为20±5℃的真空箱中。在箱体密封后，将箱内压力逐渐降低到等于或低于11.6kpa（这是模拟15240m的海拔高度），并保持6h。
C)接受准则：不起火，不爆炸，不泄漏。 7.3.8 镍化学体系的过冲电
A)要求：以高于制造商指定的充电倍率和时间充电不应引起着火和爆炸。
B)测试方法：完全放电的单体电池或电池组以2.5倍制造商推荐的充电电流充电，充电时间以能产生250%的充电量（250%的额定容量）为准。
C)接受准则：不起火，不爆炸。

7.3.9 强制放电（电芯）
A）要求：在多电芯的设备中单个电芯应当能承受极性的反接，且不会引起着火或爆炸。
B）测试：一个完全放电的电芯能够承受1ItA的电流反充电90min.
C)接受条件：不起火，不爆炸。 8详细要求和测试（锂系列）

8.1 测试目的的充电过程
8.1.1 第一步
（这个充电过程适用于除8.1.2中规定以外的任何条款）  除非本规定另外声明，测试目的的充电过程需在外界温度20°C ± 5°C下进行，且使用制造商声明的方法。
充电前，电池应在20°C ± 5°C的环境温度下以0.2ItA充电恒流电流放电至规定的终止电压。
8.1.2第二步
（这个充电过程仅仅适用于8.3.1,8.3.2,8.3.4,8.3.5,和8.3.9）  在高低温测试完个放置1-4小时稳定后，按照表格4中规定（一般是锂钴电池），电芯用充电上限电压和最大充电电流冲电，直到充电电流减少到0.05ItA,用恒压源充电。

表4-充电中的情形

如果电芯被规定的最高或最低充电温度超过了表4中预估的最高或最低温度，那么这个电芯可以充电，如果适合试验，应在规定预估中最高上限加5℃和在最低的下限减5℃。电芯应该满足条款8.3.1、8.3.2、8.3.4、8.3.5和8.3.9。还应提供一个合理的阐述确保电芯的安全。
注意 1：为了防止不同的上限充电电压（例除LiCoO系列是4.25V），可以根据条款8.3.1、8.3.2、8.3.4和8.3.5适当调整上限充电电压和上限充电温度，有一个合理的说明确保电芯的安全（见图A.1）
注意 2：新的化学系列可能并不会在标准中产生新的有效数字。
警告：如果没有采取足够的预防，这些测试过程可能造成伤害，测试应在充分保护下有资质和经验的技术人员承担。为防止燃烧，应仔细拿取这些电芯或电池，因为测试的结果可能会使它们的外壳温度超过75℃

8.2 预期用途
8.2.1 恒流电压连续充电（电芯）
A）要求  恒流电压连续充电不应引起着火或爆炸
B）测试  充完电的电芯应该按照生产厂家规定的充电7天
C)接受准则:无着火，无爆炸，无泄漏
8.2.2 高温外壳压力
A）要求：在高温使用中，电池内部的零件不应引起爆炸
B）测试: 根据8.1.1中步骤一，满充电电池应该暴露在适当的高温中以评估外壳的完整性。电池放置在温度70℃±2℃空气对流的烘箱中7小时后，拿出烘箱后恢复至室温。
C) 接受准则： 外壳不能发生导致内部组件暴露的物理变形。

8.3 合理的可预见滥用
8.3.1 外部短路（电芯）
A） 要求： 在室温环境中电芯的正负极短外部短路不应引起着火或爆炸。
B）测试： 根据8.1.2的第二个步骤给每个电芯充满电。用一外部电阻80mΩ±20mΩ的导线连接电芯的正负极端使其外部短路，在试验中的电芯能维持24小时或外部温度下降到最高温升值的20%，满足其一即可。
C）接受准则: 无着火，无爆炸

8.3.2 外部短路（电池）
A)要求： 电池外部正负极短路不应引起着火或爆炸。
B)测试：按照8.1.2中步骤二将每个电池充满电后贮存在环境温度55℃±5℃中。用一外部电阻80mΩ±20mΩ的导线连接电芯的正负极端使其外部短路，在试验中的电芯能维持24小时或外部温度下降到最高温升值的20%，满足其一即可。然而，为了防止在短路中电流的迅速减少，电池组应当在电流达到最终的低压状态后继续试验一小时。这种典型处于一种情形，电池组的每个电芯的电压在0.8v以下和在30min内电压减小到小于0.1v
C）接受准则: 无着火，无爆炸
8.3.3  自由跌落
A)要求:电池或电芯在跌落时（例如，从工作台的顶端）不应引起着火或爆炸。
B)测试：自由跌落在环境温度20℃±5℃下进行，按照8.1.1中的步骤一，每个电池处于满电状态。每个满电的电池或电芯需要从高10m处跌落到水泥地板上，重复3次。电池或电芯在跌落时应在随机的方向上都有一个冲击力。测试完后，电池或电芯应放置一小时，然后视觉检查。
C)接受准则：无着火，无爆炸。

8.3.4 热滥用（电芯）
A)要求：在极端的高温中不应引起着火或是爆炸。
B)测试：根据8.1.2中的步骤二将每个电芯充满电后，放置在一个有引力或循环空气对流的烘箱中，烘箱的温度以5℃/min±2℃/min速度升至130℃±2℃.电池需要放置在此环境中10min(大电芯需要30min),试验终止。
C)接受准则：无着火，无爆炸。
8.3.5 挤压（电芯）
A)要求：电芯在接受严厉的挤压后不应引起着火或是爆炸
B)测试：根据8.1.2中的上限充电温度，按照步骤二充电，每个充满电的电芯在室温环境中，可在两个平面之间直接移动和挤压。挤压的压力由一个可产生13KN±1KN液压的油缸提供。挤压过程可能会有不好的结果。一旦达到最大压力，或是有一个随机的电压下降至原始电压的1/3，或是与原尺寸相比发生了10%的变形，即可释放压力（无论哪种情况先发生，那应当标明应力该释放了）
c)接受准则：不起火，不爆炸。

8.3.6 过充电
A)要求：按照生产产商的说明书电池长时间充电不应引起起火或是爆炸。
b)测试:试验应当在环境温度20℃±5℃中进行，每个测试电池应当以0.2It的恒流电流放电至生产厂家的规定的终止电压。然后样品电池用一个2.0It的恒流电流充电，使用供给的电压（不能超过充电器建议的最大电压-达不到要求的值，每个电芯的电压设置为5V）足够提供整个测试过程的2.0It的电流，或是提供的电压已经达到。每个测试电池应当连接一个热电偶。对于电池组，应当要采取电池组外壳的温度，试验一直延续到外壳的温度达到稳定状态（30min内变化小于10℃）或是回复到环境温度方可结束
c)接受准则：不起火，不爆炸。
8.3.7 强制放电 （电芯）
a)要求：在一多元电芯组中的电芯应当能够承受住极性的反接，不起火，不爆炸。
b)测试：一个完全放电状态的电芯承受1It电流反向充电90min c)接受准则：不起火，不爆炸
8.3.8 运输测试
关于锂离子电池国际运输的规定是根据联合国推荐的《危险品运输》设定，测试要求按照《联合国测试规则手册》定义。当规则要修改时，应咨询最新版本。对于引用运输在IEC62281中有列出，制造商的材料可以提供出证明合格。

8.3.9 设计评估-强制内部短路（电芯）
a) 要求：对于圆柱形和棱柱形电芯的强制内部短时试验不应引起着火。电芯制造商应保持一个记录来达到要求，在经历电芯制造商或第三方检测机构测试后，电芯制造商应制作一个新的设计评估。  这种国家规定的测试只适用于法国，日本，韩国和瑞士，对聚合物电芯不做要求。
b)测试：根据以下测试步骤强制内部短路在+10℃和+45℃的房间内进行（房间内部的环境温度
1） 样品的数量：
测试应当在5个可再冲锂离子电芯上进行
2） 充电步骤：
i)充放电条件
根据制造商的建议样品需在20℃±5℃下充电。然后样品在20℃±5℃温度下以0.2It恒流电流放电至生产厂家规定的终止电压。
ii)储存步骤  按照表格5中的规定测试电芯需要再环境温度下储存1-4小时
iii)环境温度

表 5 电芯测试的环境温度:

iv)强制内部短路测试充电步骤:
根据表格5，试验电芯应在环境温度下充电，按照生产产家规定的上限充电电压恒流电流，用恒压电压连续充电，在上限充电电流下降到0.05ItA.
3)按压带有镍离子的绕线核心:
测试需要温度控制箱和专业的按压设备。按压设备部分的移动应道以恒速移动，且能够在检测到短路时立即停止。
i) 试验的准备
A 根据表格5中的规定烘箱的温度是可以控制的，样品准备指南按照附表A中提供;

将铝叠层袋和加入镍片的卷芯放入温箱中45±15min。
B 从密封包装中取出卷芯连接电池测量电压连接电偶测量卷芯表面温度。将卷芯放置在压力设备中放置了镍片的位置的夹具下方。
注：为了避免电解液蒸发，取出卷芯到设备锁定关上温箱门这个步骤需在10min之内进行。
C 取出绝缘片然后关闭温箱门。

ii）内部短路：
A 确认卷芯表面温度按照表 5 规定那样，然后开始测试。
B 压力设备的底表面是用丁晴橡胶或丙烯酸类橡胶制造，穿入10mm x 10mm 不锈钢钢轴。压力夹具的详细规格见图2，丁晴橡胶基底用于圆柱形电池测试。对方形电池 5mm x 5mm(2mm厚）丙烯酸橡胶至于丁晴橡胶表面。夹具以0.1mm/s 的速度压向卷芯，同时监控电池电压。当由于内部短路引发电压徙降，立刻停止夹具下降并保持夹具不动 30s 然后降低压力。电压监控每秒100次，一旦电压下降超过50mV 表面内部短路已经发生。如果压力达到800N（圆柱电池）或者400N（方形电池）立即停止下降并保持此位置。

C）接受准则：
不起火（当内部短路发生时记录压力，此时不起火）

9 安全信息：
使用热特别是滥用含有碱性或者非酸性电解液的二次单体电池和电池组会导致产生危险或伤害。二次单体电池和电池组的制造商提供电流、电压和他们的产品的使用限制温度。制造商应确保设备制造商、直接销售者、最终用户能获得可以最小化或避免这些危险的信息。

制造商有责任告知最终使用包含二次单体电池和电池组的设备所产生的潜在风险。终端制造商需建立系统分析来确保独特的电池设计，能预防使用产品可能发生的危险。最终使用者须被提供任何设计到风险的建议的系统分析报告。