锂离子电池检测实验室认可评审要点
时间:2021-09-26 作者:SLD中检实验室技术 分类:行业资讯 浏览:390次
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    本文主要根据笔者近年来对锂离子电池检测实验室的认可评审经验,结合中国合格评定国家认可委员会发布的CNAS-CL01-A003:2019中,附录C《 锂电池检测领域的应用要求》的最新要求,从设备、环境、样品等方面对锂离子电池检测实验室的认可评审要点进行介绍和分析。


   01、设备


   锂离子电池的检测过程中,除通用的环境设备外,还有很多其他领域较少使用的专用设备,这些专用设备对于保证锂电池产品检测结果的准确性及有效性至关重要。


   (1)充放电设备

   充放电设备属于典型的电池领域专用设备,一般要求具有恒流/ 恒压充电功能和恒流放电功能。该设备除了可测量电池的电压、电流参数之外,还可以测量测试时间和电池容量(容量一般通过时间和电流计算得出,单位为毫安时或安时)。


   实际评审过程中发现,很多锂电池检测实验室提供的充放电设备校准证书中,往往只有电压、电流的校准数据,缺少时间的校准数据。此外,部分充放电设备充电和放电分别采用正、负两套电源,进行校准时可能还需考虑充电和放电两种状态。特别需要注意的是,此类设备进行低电流参数测量时误差较大,而每一次充放电测试几乎都会用到低电流充电,因此评审时需要额外关注校准证书中低电流参数的准确性。


   时间或容量相关的指标有额定容量、高温放电、低温放电、倍率放电、循环寿命、荷电保持、贮存等。某些锂离子电池标准(如GB/T 18287-2013《移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范》)中采用放电时间作为判定要求,而有些标准(如GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》)则采用容量作为测量值。放电时间、容量都是锂离子电池的典型参数,是锂离子电池检测中的重要要求。


   此外,容量往往不是直接测量参数,而是对整个放电过程中的电流值、时间进行积分计算得出。在此过程中,电流值往往不是理想化的恒定值,而是波动的,这就要求测试设备有合理的采样和计算模型,实验室应该对其有效性进行评估。


   (2)短路设备

外部短路试验是检验锂离子电池安全性的一个重要测试项目,使用短路试验设备进行。尽管不同标准对短路电阻的规定不尽一致,比如100 mΩ、80 mΩ、30 mΩ、5 mΩ 等,但一般而言短路电阻值都比较低,这就要求短路试验设备的电阻值比较精确。


   对于短路电阻,实验室一般都会采用外部校准的方式。由于每一次使用短路设备,都可能造成接触点温度过高而导致接触点材料发生氧化,以致总回路电阻发生变化。因此,建议实验室通过期间核查的方式监测短路设备的阻抗,并尽量缩短校准周期。同时,每次使用短路设备前都要确认回路阻抗。鉴于实际试验过程中通过短路设备的电流比较大,期间核查时宜采用电流值相匹配或者量程尽量大(如几十安培电流)的低阻测量仪,不宜采用普通的小电流电阻测量仪器(一般为毫安级)。


   (3)直流电源


   锂电池检测过程中基本都会涉及到充电测试、强制放电等项目,经常用到直流电源,大多锂电池标准中对于电流参数的要求比较高,且基本要求采用恒流充电的方式,而普通的恒压直流电源一般只能保证电压值恒定,电流值不可控,因此不宜采用普通的恒压直流电源进行相关测试。


   (4)交流内阻仪


   锂离子电池的交流内阻测试基本都参照IEC 61960 测试方法,该标准中对于内阻测试的电流信号的频率、峰值电压等都有具体的规定(1 kHz、20 mV)。选用和校准交流内阻仪时一定要确认是否满足该标准的要求。尽管交流内阻的测量值也是毫欧级,但是不能与上面提到的外部短路设备的回路阻抗确认混淆,二者的主要区别有两方面:直流与交流、大电流与小电流。


   02、环境

   锂离子电池一方面对于环境温度等指标特别敏感,另一方面锂离子电池自身也可能对环境产生影响,因此实验室应该特别注意锂电池实验检测环境的监控和防护。


   (1)环境温度

   一般来说,在锂离子电池的正常使用温度范围(如0~60 ℃)内,环境温度越高其放电性能越好,也就意味着能够放出更多的电能来,因此一般高温下测得的放电容量偏高。能力验证、仲裁测试过程中,尤其注意要把测试环境温度控制在要求范围内(容许误差一般为±2 ℃)。

   环境温度越高,锂离子电池的放电容量越高,但其安全性却随着温度的升高而降低。过高的环境温度将加严安全测试的要求,造成安全指标的误判。因此不论性能测试还是安全测试,都需要控制好环境温度。


   (2)排气系统

   锂离子电池在短路、过充、针刺、挤压、热滥用等安全检测过程中,经常会产生电解液蒸汽、烟尘等有害气体,仅从试验箱中将气体排至室内是远远不够的,实验室需要配置完善的排气系统以保证测试人员的健康。


   (3)防爆设施

   锂离子电池安全测试中还经常发生起火、爆炸等,实验室应当为操作人员配置适当的防护用品,更重要的是要将样品放置在适当的防爆设施内部进行试验,不能在开放环境中进行安全测试。也可以将样品放置在单独的防护测试间内进行安全测试,测试时测试间内不应有人员、设备。


   (4)消防设施

   普通实验室对于电气设施一般配置干粉灭火器、二氧化碳灭火器等,而对于锂离子电池,最有效的灭火方式是使锂离子电池迅速降温,一般采用大量的水来对锂离子电池进行灭火。灭火装置数量应充足,能覆盖所有试验区域,并保证易取用,避免多个实验间共用灭火器材。


   03、样品


   国内已经发生多起锂离子电池企业在电池生产和仓储环节引发的安全事故,锂电池检测实验室经常放置、存储锂离子电池,测试后的锂离子电池安全风险更大,电池样品需要全程的安全管控。


   (1)安全防护

   收到样品之后,建议实验室将电池样品存放在专门的具有一定防火功能的库房内,避免与其他样品混用库房。电池的接线端子要进行绝缘处理。使用金属样品架时,如果电池样品外壳是金属材料,极易发生外部短路,引发着火,更要做好绝缘。还要注意的是,绝缘垫等绝缘材料不能是易燃材料。


   试验后尤其是安全试验后的电池样品,要进行彻底放电处理,如采用盐水浸泡等方式。进行运输测试的样品,由于标准要求有试验后的观察期,一定要放置在防爆设施内部进行留存观察。


   此外,按照相关监管部门的要求,安全试验后的锂离子电池是有瑕疵的电池,属于限制运输的范围,因此实验室不得将安全试验后的电池样品通过公共途径(如普通快递)返还给委托人。


   (2)废弃物的处理

   锂离子电池的检测必将产生大量的废弃物,实验室可将废弃物返回委托人;而更常见的情况是委托人往往委托实验室代为销毁或处理试验后的电池样品。因此,锂离子电池实验室需要与专门的电池处理机构签订服务协议进行废弃物的处理。这些处理机构可以是专门的废弃物处理机构,也可以是国家认可或授权的电池回收处理机构。


   小结


   锂离子电池诞生于上个世纪90 年代,而在我国的蓬勃发展主要集中在近十年,相应检测机构的迅速发展则是最近几年的事情。锂离子电池作为一个新兴事物,其自身兼具电气与化学产品的特性,与电气和化学产品又不完全相同。

锂离子电池的检测研究一直处于发展阶段,锂离子电池检测实验室的认可评审要求也一直处在不断完善之中。本文仅从锂电池检测环节中涉及的设备、环境、样品等几个主要方面,总结归纳了近年来在电池实验室评审过程发现的问题要点,有关锂离子电池检测领域的更多要求,还需要进一步探讨、完善。


   文章来源:《锂离子电池检测实验室认可评审要点》——何鹏林,王晓冬(中国电子技术标准化研究院);王黎雯(中国合格评定国家认可中心),本内容仅供学习交流,如有侵权,联系删除。

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