給電動自行車鋰電池套上“緊箍咒”!主要起草人解讀強制性新國標(biāo)

發(fā)布日期:2024-06-06  來源:湖北消防

核心提示:為提升電動自行車用鋰離子蓄電池質(zhì)量安全水平,促進(jìn)行業(yè)安全發(fā)展,由工業(yè)和信息化部組織起草的《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技
為提升電動自行車用鋰離子蓄電池質(zhì)量安全水平,促進(jìn)行業(yè)安全發(fā)展,由工業(yè)和信息化部組織起草的《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術(shù)規(guī)范》(GB 43854-2024,以下簡稱《技術(shù)規(guī)范》)強制性國家標(biāo)準(zhǔn)已由市場監(jiān)管總局(國家標(biāo)準(zhǔn)委)于2024年4月25日發(fā)布,并于2024年11月1日正式實施。

《技術(shù)規(guī)范》修訂背景與意義

鋰離子蓄電池在電動自行車上的應(yīng)用,能夠有效解決電動自行車輕量化、美觀化、環(huán)保的需求與消費者對電池能量密度、騎行里程要求不斷提高之間的矛盾。當(dāng)前,國內(nèi)市場主要品牌的電動自行車新車型中,配備鋰離子蓄電池的比例已經(jīng)超過20%。然而,隨著市場的升級和增長,由電動自行車,特別是鋰電池電動自行車引發(fā)的安全事故數(shù)量日漸升高。據(jù)國家消防救援局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2023年全國共接報電動自行車火災(zāi)2.1萬起,比2022年增加17.4%。這些事故造成重大人身財產(chǎn)損害,社會影響巨大。因此,有必要制定符合我國國情的強制性國家標(biāo)準(zhǔn),為電動自行車用鋰離子蓄電池的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和使用等環(huán)節(jié)提供統(tǒng)一、規(guī)范的技術(shù)支撐,保障消費者生命財產(chǎn)安全,促進(jìn)行業(yè)安全有序發(fā)展。

《技術(shù)規(guī)范》框架與主要內(nèi)容

總體說明

《技術(shù)規(guī)范》的制訂以《電動自行車用鋰離子蓄電池》(GB/T 36972-2018)為基礎(chǔ),篩選保留部分安全要求項目,同時增加單體電池安全、電池組熱擴散等重要考核要求。充分遵循已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》(GB 17761-2018)中關(guān)于電動自行車用蓄電池的條款要求,即標(biāo)稱電壓48伏以內(nèi);同時考慮《電動自行車電氣安全要求》(GB 42295-2022)和《電動自行車用充電器安全技術(shù)要求》(GB 42296-2022)等強制性標(biāo)準(zhǔn)的要求,即與溫度異常報警、互認(rèn)協(xié)同充電等項目協(xié)調(diào)一致,從而為行業(yè)健康發(fā)展提供一個公平競爭的市場環(huán)境,持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量水平,特別是提高對消費者的生命財產(chǎn)安全保障水平。

范圍說明

《技術(shù)規(guī)范》僅適用于《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的、最大輸出電壓不超過60伏的電動自行車用鋰離子蓄電池,不適用于電動滑板車、平衡車、電動摩托車、電動三輪車等車輛使用的鋰離子蓄電池。同時,型式試驗的樣品與交付產(chǎn)品均不得使用梯次利用電池。

主要技術(shù)內(nèi)容說明

《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了6項單體電池的測試項目和22項電池組的測試項目。單體電池安全項目:標(biāo)志、過充電、過放電、外部短路、熱濫用、針刺。電池組電氣安全項目:靜電放電、過放電、過充電、過流放電、外部短路、溫度保護(hù)、絕緣電阻。電池組機械安全項目:擠壓、加速度沖擊、振動、自由跌落、提把強度。電池組環(huán)境安全項目:低氣壓、溫度循環(huán)、浸水、鹽霧、濕熱循環(huán)、阻燃性。人身安全項目:熱擴散。充電功能安全項目:互認(rèn)協(xié)同充電。數(shù)據(jù)采集項目:數(shù)據(jù)采集。電池組標(biāo)志項目:標(biāo)志。在日常生產(chǎn)、檢驗及使用過程中,我們需要重點關(guān)注以下15個項目。

單體電池安全項目
(1)過充電。單體電池在過充的情況下,有可能發(fā)生熱失控,其產(chǎn)生的熱量會傳遞到相鄰電池,從而造成整個電池組的熱失控,引發(fā)起火爆炸。項目考核單體電池耐過充的能力,要求單體電池過充至1.5倍正常單體電池充電限制電壓或充電總時間達(dá)到一個半小時,單體電池應(yīng)不起火、不爆炸。(2)針刺。單體電池長期運行后,電池內(nèi)部極可能產(chǎn)生枝晶造成內(nèi)部短路,單體電池的生產(chǎn)缺陷如車間粉塵、金屬顆粒、毛刺等也可能導(dǎo)致短路。同時,電池在使用過程中也可能遭遇針刺等情況?;谏鲜隹赡馨l(fā)生的場景,增加針刺項目以檢驗單體電池發(fā)生內(nèi)部短路時的安全性。單體電池針刺測試(25毫米/秒)可對電池的安全性作出有效篩選。目前市場上高鎳體系三元鋰電池很難通過上述測試。因此,該體系材料鋰電池今后將難以應(yīng)用在電動自行車領(lǐng)域。

電池組電氣安全項目
(1)過充電。過充電測試是國內(nèi)外鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)中的基本測試項目,電池組過充也是使用過程中可能發(fā)生的場景。濫用充電器、過長時間充電等都可能造成過充電。持續(xù)的充電使電池內(nèi)壓超限,殼體發(fā)生破裂,隔膜收縮變形,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)崩塌,電池發(fā)生熱失控,從而引起電池起火爆炸?!都夹g(shù)規(guī)范》要求電池在正常條件和單一故障條件下分別滿足過充保護(hù),這樣可有效降低過充導(dǎo)致電池組起火爆炸的風(fēng)險,保障人員的安全。電池組的過充電試驗在正常工作條件和保護(hù)元器件單一故障條件下都要進(jìn)行,因此電池組可能需要采取雙重過充保護(hù)設(shè)計才能滿足測試要求。

(2)外部短路。短路是導(dǎo)致鋰電池起火的重要原因,往往與電池內(nèi)隔膜被穿透有關(guān)。電池組發(fā)生外部短路時,大電流會導(dǎo)致電池組持續(xù)放熱,高溫下隔膜收縮,容易引起起火爆炸?!都夹g(shù)規(guī)范》要求電池組在正常條件和單一故障條件下分別滿足外部短路保護(hù),電池組在發(fā)生外部短路時不起火、不爆炸。電池組的外部短路試驗在正常工作條件和保護(hù)元器件單一故障條件下都要進(jìn)行,因此電池組可能需要采取雙重短路保護(hù)設(shè)計才能滿足測試要求。

(3)溫度保護(hù)。溫度保護(hù)測試包含高溫保護(hù)和低溫保護(hù),電池在高溫或低溫環(huán)境中充電,會影響電池的化學(xué)平衡,導(dǎo)致電池發(fā)生產(chǎn)氣、析鋰等現(xiàn)象,從而影響電池的循環(huán)壽命和安全?!都夹g(shù)規(guī)范》設(shè)置高溫、低溫充電保護(hù)要求。同時,根據(jù)國家規(guī)定,要求電動自行車在室外進(jìn)行充電,增加低溫充電保護(hù)要求。這是由于在低溫環(huán)境下給鋰電池充電,會導(dǎo)致鋰離子在負(fù)極析出,長出白色的鋰枝晶。隨著鋰電池使用時間增加,形如樹杈的鋰枝晶會不斷生長。一旦鋰枝晶尖銳的“枝頭”刺穿隔膜,就會使正負(fù)極相連,引發(fā)短路,導(dǎo)致電池劇烈升溫、起火甚至爆炸。因此《技術(shù)規(guī)范》增加了低溫充電保護(hù)要求,考核電池組在低溫環(huán)境中充電的安全問題。

(4)靜電放電。靜電普遍存在于人體及各類物品,對電子產(chǎn)品(如電池組保護(hù)裝置)存在極高的潛在危害、損壞可能。該項目要求過放電、過充電、溫度保護(hù)、外部短路、低氣壓、過流放電項目試驗前,進(jìn)行靜電放電試驗。標(biāo)準(zhǔn)引用《電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗》(GB/T 17626.2)對電池組安全保護(hù)裝置進(jìn)行該試驗,對進(jìn)一步提高電池組安全保護(hù)裝置的可靠性和設(shè)計制造工藝非常重要。

電池組機械安全項目
(1)振動。電動自行車振動工況較四輪車更嚴(yán)苛,振動項目根據(jù)電動自行車的路況調(diào)研和路譜采集情況,新增實際采集路譜進(jìn)行等效公里數(shù)壽命振動,考慮到產(chǎn)品使用生命周期當(dāng)中承受到的機械損傷和使用場景,驗證電池組在使用全生命周期當(dāng)中的防護(hù)性能,要求電池組在振動結(jié)束后進(jìn)行1次標(biāo)準(zhǔn)放電和標(biāo)準(zhǔn)充電,并對該電池組進(jìn)行浸水測試。(2)提把強度。該項目要求電池組的提把能承受4倍電池組重量的力,并保持1分鐘,確保電池組提把可靠、牢固,確保消費者日常的使用安全。(3)加速度沖擊。加速度沖擊標(biāo)準(zhǔn)明確脈沖時間為6毫秒,1 50個重力加速度,在電池組3個相互垂直的方向各承受6次等值沖擊,值得注意的是6次等值沖擊包括3次正方向、3次負(fù)方向。

電池組環(huán)境安全項目
(1)高低溫沖擊。以《電動自行車用鋰離子蓄電池》(GB/T 36972-2018)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),參考《電動汽車用動力蓄電池安全要求》(GB 38031-2020)標(biāo)準(zhǔn),考慮到電池組的實際使用狀況較電動車用電池更惡劣,將最高溫度設(shè)置為72攝氏度,每個溫度的靜置時間為6個小時,循環(huán)10次。

(2)阻燃性。鋰電池燃燒速度之快,往往讓人措手不及。鋰電池組起火30秒后,火焰溫度就會升至300攝氏度,點燃電動自行車上諸多塑料部件,釋放出一氧化碳、硫化物等大量有毒有害氣體。人吸入這些氣體后,數(shù)十秒便可出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀。為防止因電池組熱失控,對電池組其他非金屬材料造成二次連鎖燃燒反應(yīng),《技術(shù)規(guī)范》要求非金屬殼體必須達(dá)到阻燃V0等級,印制板必須達(dá)到阻燃V1等級;同時,電池組內(nèi)部導(dǎo)線必須達(dá)到《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第5部分:試驗火焰針焰試驗方法裝置、確認(rèn)試驗方法和導(dǎo)則》(GB/T 5169.5-2020)中針焰試驗的相關(guān)要求。這就要求電池組導(dǎo)線應(yīng)使用阻燃性材料,以降低發(fā)生火災(zāi)后火焰蔓延速率。

人身安全項目
首次在電動自行車用鋰離子蓄電池標(biāo)準(zhǔn)中引入熱擴散項目。電池單體發(fā)生熱失控時熱量會通過不同方式傳遞到相鄰電池單體,單個電池?zé)崾Э乜赡軅鞑サ街車碾姵貑误w,引起連鎖反應(yīng),熱擴散時形成的煙霧、火災(zāi)和爆炸直接威脅電動自行車駕乘和使用人員安全。該項要求旨在考核電池?zé)釘U散控制能力,為預(yù)警和駕乘人員安全提供保障,給予駕乘人員一定的逃生時間。電池組的熱擴散測試要求電池組在發(fā)生熱失控報警后5分鐘內(nèi),應(yīng)不起火不爆炸,這就要求電池組或自行車配備電池組熱失控報警功能。使用人員在聽到熱失控報警后,應(yīng)立即遠(yuǎn)離現(xiàn)場。

6.互認(rèn)協(xié)同充電項目《技術(shù)規(guī)范》考慮增加電池組的充電功能安全項目(互認(rèn)協(xié)同充電),充電器與電池組握手成功后才能充電,保證“一車一池一充”,降低因充電器不匹配引起的火災(zāi)風(fēng)險。

互數(shù)據(jù)采集項目
數(shù)據(jù)采集可以為電池管理系統(tǒng)提供電池組系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù),從而支持后續(xù)的電池組狀態(tài)分析,控制和保護(hù)。為進(jìn)一步保障電池系統(tǒng)的安全,提高電池性能和壽命,確保車輛的安全性和穩(wěn)定性,《技術(shù)規(guī)范》電池組在充電、放電過程中應(yīng)實時采集電池電壓、電池組電壓、溫度、電流,這就要求電池組配備管理系統(tǒng)對電池組運行情況進(jìn)行實時監(jiān)控。

電池組標(biāo)志項目
要求電池組編碼標(biāo)識采用耐高溫(950°C)材質(zhì),這樣即便發(fā)生火災(zāi)也可以進(jìn)行追溯。同時制造商要在電池組上清晰標(biāo)明“安全使用年限”,以提醒用戶及時淘汰老舊電池。


推動《技術(shù)規(guī)范》落實措施

為進(jìn)一步加強電動自行車行業(yè)管理,全面提升電動自行車生產(chǎn)、銷售、使用、充換電、報廢回收等各環(huán)節(jié)安全水平,政府相關(guān)部門采取了多種措施。

工業(yè)和信息化部、國家市場監(jiān)督管理總局、國家消防救援局聯(lián)合印發(fā)《電動自行車行業(yè)規(guī)范條件》和《電動自行車行業(yè)規(guī)范公告管理辦法》?!峨妱幼孕熊囆袠I(yè)規(guī)范條件》在強化標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量保障方面,要求鋰離子蓄電池、鉛蓄電池、電動機等關(guān)鍵零部件均應(yīng)符合相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);在強化企業(yè)內(nèi)部管理制度方面,要求企業(yè)應(yīng)設(shè)置質(zhì)量管理部門,配備專員按照工作制度執(zhí)行相關(guān)質(zhì)量工作安排;在檢測設(shè)備與檢測能力方面,要求企業(yè)應(yīng)具有充電器、電池等關(guān)鍵零部件的檢測能力。

國務(wù)院辦公廳印發(fā)《電動自行車安全隱患全鏈條整治行動方案》,方案中明確提到將對電動自行車蓄電池等核心部件納入強制性產(chǎn)品認(rèn)證管理范圍;也明確提出落實互認(rèn)協(xié)同的要求,推行“一車一池一充一碼”。

 
 
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