防爆锂电池干货及防护等级

防爆锂电池主要用于石油、化工、煤矿、国防科工等行业，使用环境基本用于易燃易爆场合，防爆电器除了本身电器功能外，电器外壳、内部各种部件都要使用防爆专用材质，其中防爆电器外壳根据防爆电器种类、使用场合对材质也有不同要求！

锂电池已成为便携式电子产品的首选电池，容量密度高，价格有竞争力，预计在未来几年内仍将是市场的主流。然而，锂电池一直隐藏着爆炸的风险，因为使用得越广泛，爆炸事件就会层出不穷。现在防爆电路和防爆电芯技术都很成熟，爆炸事件应该越来越少。

一、锂电池爆炸的原因

锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了纳米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得高容量密度的同时，也达到安全的目的，以下是常见电池爆炸原因：

1.短路及过充

短路时，电池内部会产生非常大的电流和热量，产生的热和过强的电能释放不仅会导致电池寿命严重受损，而且对于使用密闭封装而成的锂电池来说，其内部会产生一定的压力从而导致电池内部压力骤增，并且由于锂离子的化学特性非常活泼，最终会产生外壳爆裂和燃烧的情况出现。

当我们对电池进行过度充电（过充）操作时，由于锂电池负极无法嵌入更多的锂离子，导致锂离子在负极表面以金属锂析出，造成枝晶锂现象的出现，当枝晶锂生长到一定程度便会刺破隔膜，造成电池内部短路，出现隔离膜破损，同样会出现内部短路的情况，从而引发安全事故。

2、振动跌落刺穿

电池组在剧烈振动或跌落时造成的电芯内部极片错位焊接虚焊导致严重短路而爆炸。

如果锂电池被任何硬物刺穿，其内部的锂离子会直接与空气中的氧产生化学反应，同样会出现剧烈燃烧的现象。

3、高温

炎热的夏季或者长时间暴晒的车内，都会导致锂电池所处的环境温度高于其正常存放温度。所以在我们使用内含锂离子电池的设备时，应该尽量避免在过高温度的环境中长时间使用，否则会出现其内部压力骤增的情况，也就是我们常说的鼓包。

二、防爆保护措施

1、电池单体保护

防爆技术是一种新型电池产品，由安全系数高的材料制成，能有效抑制电池爆炸。防爆锂电池组的安全性是其最大的特点。为了确保锂电池的安全，我们通常在电池外壳上设计一个防爆阀，当压力过高时会及时损坏，释放电池内部的压力，避免锂电池组在热失控时爆炸。

2、电池组保护

为了防止锂电池发生火灾和爆炸，首先要控制电池质量，使用全新A品锂电池，同时不要超过使用寿命。以及出色的电池PACK工艺，最重要的是为单个电池的每个组件开发新材料和改进电池组工艺。在电池组工艺中，计划采用热平衡系统，以确保电池组的整个温度均匀，电池组的任何部分都不会过热。还有高效的电池管理系统，最大限度地降低电池起火的可能性。至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限、温度上下限 四项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这四项保护。但是，保护板的这四项保护显然是不够的还有一些物理防护。                   

3、防爆外壳保护

常见防爆电器外壳使用的材质有四种分别是不锈钢、碳钢、铝合金、工程塑料。不同材质用途不同，外观区别也很大。

铝合金材质：箱体由品质高的铝合金材质做成，铝合金是一种在工业中应用范围非常广的有色金属结构材料，有强度高、密度低、硬度好、塑性好、导电性和导热性优良的材质。

304不锈钢材质：还叫做18/8不锈钢，是一种常见的不锈钢材质。用这种材质具有韧性高、防爆性好的特点。

碳钢材质：也叫碳素钢，成分中含有硅、锰、硫、磷，但量较少。碳钢的硬度很高，一般含碳量越大，硬度越高，强度也越高。这种材质具有很好的耐冲击性。

工程塑料：这种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，综合性能较好，刚性大，强度高，同时具有很好的耐热性和电绝缘性，适合在严苛的化学或物理环境中使用。这类材质虽然有很多优点，但造价高、产量低是其的缺点。

4、灭火装置

便携简易式气溶胶灭火器

三、锂电池能否单独取防爆合格证？

锂电池不能单独取防爆合格证

在防爆标准GB/T 3836系列中，有对锂电池的规定，市面上一般有如下取证方式：

成套设备：锂电池与设备一起申请整机的防爆合格证；

防爆设计：锂电池本身设计成一种防爆类型的设备去取证（如：隔爆型锂电池电源装置）。

注：锂电池本身不做处理的话，是不能单独取防爆合格证的。

四、锂电池在防爆标准中需满足的要求

1、防爆设备的通用要求：

执行标准：GB/T 3836.1-2021中第23条。

连接方式：串联。

需要报告：GB/T 30426、或IEC 61960

参数要求：

2、隔爆“d”型设备中的锂电池要求：

执行标准：GB/T 3836.2-2021中附录E条。

主要内容：

A、隔爆外壳内的电池（或电池组）通用要求；

B、安全装置的布置；

C、隔爆外壳内蓄电池充电；

D、保护二极管的定额和保护装置的可靠性。

3、增安“e”型设备中的锂电池要求：执行标准：GB/T 3836.3-2021中5.6条。

主要内容：

此外，容量不同，要求也不同

A、≤25Ah单体电池或电池组要求：

注：设备可采用锂电池（密封式），若有防反向充电措施，串联不得超过六节，否则是三节。

B、>25Ah阀控式或排气式单体电池或电池组要求：

注：设备不可采用锂电池，只能选用标准上规定的电池类型。

4、本安“i”型设备中的锂电池要求：执行标准：GB/T 3836.4-2021中7.4条。

要求：A、本安设备中的锂电池可以并联，但前提条件是不破坏本安性能，还需满足UL 1642或GB/T 28164的要求。

B、重点主要在其保护板上的本安电路设计。

本安电池的测试，之前已发布，见本安产品电池和电池组试验。

5、正压“p”型设备中的锂电池要求：执行标准：GB/T 3836.5-2021中附录G、附录H。

要求：

A、“pxb”与“pyb”型的按附录G要求执行；

B、“pzc”型的按附录H要求执行。

6、“n”型设备中的锂电池要求：

执行标准：GB/T 3836.8-2021中10.2.2条。要求：满足增安防爆类型中“ec”的要求即可。

7、浇封“m”型设备中的锂电池要求：执行标准：GB/T 3836.9-2021中7.8条。

主要内容：

A、防止气体外溢、温度过高；

B、反向电流、电流限制；

C、极性转换、过度放电；

D、控制安全装置的要求。

三、防爆电池组

1.防爆标志构成

防爆标志一般由以下5个部分构成：

①防爆标志EX：表示该设备为防爆电气设备；

②防爆结构形式：表明该设备采用何种措施进行防爆，如d为隔爆型，p为正压型；i为本安型等；

③防爆设备类别：分为两大类：I为煤矿井下用电设备、II非矿井下用电气设备；

④防爆级别：分为A、B、C三级，说明其防爆能力的强弱；

⑤温度组别：分为T1~T6六组，说明该设备的最高表面温度允许值。图片

02、爆炸性气体环境危险区域的划分

不同的国家和地区，按各自的标准划分爆炸危险区域。我国根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，将爆炸性气体环境分为0区、1区和2区。（与IEC国际电工委员会一致）   

（0区一般只存在于密封的容器，贮罐等内部气体空间，在实际设计过程中1区也很少存在，大多数情况属于2区）。

3、Ⅱ类电气设备分类

Ⅱ类按其适用于爆炸性气体混合物最大试验安全间隙或最小点燃电流比，分为ⅡA，ⅡB，ⅡC 三类；并按其最高表面温度分为T1-T6六组。

4、防爆电气设备结构型式

(1)隔爆型具有隔离外壳的电气设备，能把点燃爆炸性混合物的部件封闭在一个外壳内。该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止其向周围爆炸性混合物传爆。

(2)增安型在正常运行条件下，不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度，并在结构上采取措施，提高其安全程度，以避免在正常运行条件下和规定的过载条件下出现点燃爆炸性混合物的火花或危险温度。

(3)本质安全型在正常运行情况下或标准试验条件下所产生的火花或热效应，均不能点燃爆炸性混合物。

(4)通风充气型或正压型具有保护外壳，且壳内充有保护气体，其压力保持高于周围爆炸性混合物气体的压力，以避免外部爆炸性混合物进入外壳内部。

(5)充油型全部或某些带电部件浸在油中，使之不能点燃油面以上或外壳周围的爆炸性混合物。

(6)充砂型外壳内充填细颗粒材料，以便在规定使用条件下，外壳内产生的电弧、火焰传播，壳壁或颗粒材料表面的过热温度，均不能点燃周围的爆炸性混合物。

(7)防爆特殊型采用国标GB3836—83《爆炸性环境用防爆电气设备》未包括的防爆型电气设备或部件时，由主管部门制订暂行规定，送劳动人事部备案，并经指定的鉴定单位检验后，按防爆特殊型电气设备处置。

(8)粉尘防爆型为了防止爆炸性粉尘进入设备内部，外壳的接合面应紧固严密，并加封垫圈，转动轴与轴孔间要加防尘密封。粉尘沉积有增温引燃作用，所以要求设备的外壳表面光滑、无裂缝、无凹坑或沟槽，并且有足够的强度。

(9)无火花型在正常运行时，不会出现火花，电弧和高温表面的电气设备，适用于2区。

防爆结构型式的适用区域

5、爆炸性气体混合物分类

按引燃温度分组 

爆炸性气体混合物，按其最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流比（MICR）分级 

MICR性质：在规定试验条件下，气体、蒸气爆炸性混合物的最小点燃电流与甲烷爆炸性混合物的最小点燃电流之比。

中国规定气体、蒸气危险物质按最小点燃电流比分为ⅡA级，ⅡB级和ⅡC级。

6、防爆标志举例

Example of Explosion Proof Sign

如电气设备为Ⅰ类隔爆型，标志为ExdⅠ。

如电气设备为ⅡB类隔爆型温度组别为T4组，标志为ExdⅡBT4。

如电气设备为Ⅱ类增安型温度组别为T2组，标志为ExeⅡT2。

如电气设备为ⅡA类本质安全型ia等级T5组的，标志为ExiaⅡAT5。

如电气设备为ⅡC类本质安全型ib等级T5组的关联设备，标志为Ex(ib)ⅡCT5。

如电气设备为Ⅱ类浇封型T4组，标志为ExmⅡT4。

如电气设备采用一种以上的复合类型，则先标出主体防爆型式，后标出其他防爆型式，如主体采用增安型内装ⅡC类防爆部件，温度组别为T4，标志为ExedⅡCT4。

如主体为正压型，包含类T4组隔爆型，本质安全型ib级，浇封型部件，温度组别为T4组，标志为ExpdibmⅡBT4。

7、防护标志的构成及其含义

1.IP防护等级

IP（INTERNATIONAL PROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。

2.标志的构成

IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。

IP防护类别是用两个数字标记的：

例如一个防护类别          IP       X     X

标记字母；第1个标记数字；第2个标记数字