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锂电池国家标准GB 31241欠压与放电保护电压详解

发布时间:2022-07-07

2014年12月5日,中国国家标准化管理委员会SAC发布了第27号公告,发布了234项国家标准,其中包含了标准GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》,该标准属于属国家强制性标准,于2015年8月1起正式实施。

 

GB31241认证产品范围


便携式电子产品是指不超过18KG的预定可由使用人员经常携带的移动式电子产品,GB 31241标准适用产品:便携式电子产品(下表)用的锂离子电池和电池组。

电子产品类各类别电子产品的详细示例

便携式办公产品

笔记本电脑、PDA

移动通信产品

手机、无绳电话、蓝牙耳机、对讲机等

便携式音/视频产品

便携式电视机、便携式DVD播放器、MP3/MP4播放器、照相机、摄像机、录音笔等

其他便携式产品

电子导航器、数码相框、游戏机、电子书等

*所列产品未包括所有产品


GB 31241中的欠压放电保护电压Udp与放电截止电压Udo两者关系分析说明


在锂离子电池组的充放电过程中,其保护电路通常会控制组成电池的电压不能高于或者低于某一范围,否则将主动切断充放电回路。在放电过程中,保护电路检测到锂离子电池的电压下降到某一限定值时,主动切断电路,防止电池“过放电”。这一电压切断时的限值,通常称为欠压放电保护电压(low voltage for discharge protection,Udp)。

 

电池的使用方(电池组)一方面需要在电池组放电容量和循环寿命中做出设计上的折衷(将电池从更高起始电压放电至更低的终止电压一定程度上虽然会增加单次循环的放电容量,但是对其循环寿命会有负面影响,且过度放电会造成潜在安全隐患),另一方面更需要对电池设计安全保护电路,有效防止电池被充电或者放电到不安全的电压。

 

因此在设计电池组时,电池厂家需要明确告知其用户(电池组)使用电池的安全电压范围,在安全电压范围外使用电池,可能会有安全风险。同时,电池组厂家应该按照电池的安全指导去设计保护电路,保护电池组在任何使用情形下都不能超出安全限制范围。

 

在我国首部锂离子电池安全强制性国家标准 GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》中,要求电池和电池组的规格书必须用中文明确给出放电截止电压这一参数,电池组规格书还必须标明欠压放电保护电压参数(参见标准5.2节)。“放电截止电压”Udo这一参数,可以认为是标准中对于安全电压的下限值。

 

在GB 31241-2014标准的10.4节中,还有如下要求:


10.4  欠压放电保护

将样品按照以下顺序进行500次循环测试:

a)  欠压放电;

b)  保护装置动作后静置1 min。

欠压放电时,放电电流为标准放电电流(Idr)。

每次循环时电池组的欠压放电保护电路都应动作,最低电压都不应低于n倍的电池放电截止电压(n×Udo)或电他组的放电截止电压中的较小者。

当样品是电池组时,试验前先按照 4.5.2 规定的试验方法将电池组放完电。必要时允许在保护电路动作后在循环中增加短暂充电以重新激活电池。

 

标准要求,电池组进行欠压放电保护试验时,试验中的最低电压(即保护电路动作前采集的最低电压),不应低于n倍的电池放电截止电压或电池组放电截止电压中的较小者(n为电池串联节数)。这意味着即使测试中电池组保护功能生效,也需要记录和判断参数和测试值的关系。可能出现的试验结果如下:

 

1. 试验中最低电压 < 电池组放电截止电压,且试验中最低电压< n×电池放电截止电压;这种设计存在将电池、电池组放电至不安全电压的可能性,不符合标准要求。造成这种不符合的原因可能是电池保护电路设计的欠压放电保护电压值过低,无法保证产品在安全范围内使用;也有可能是企业不恰当的宣称了放电截止电压参数。

 

2. n×电池放电截止电压 < 试验中最低电压 < 电池组放电截止电压;电池组设计的保护电路能够保证放电时不超出电池的电压安全下限,这种设计符合标准要求。

 

3. 电池组放电截止电压 < 试验中最低电压 < n×电池放电截止电压;这种情形,尽管电池声明了较高的安全电压下限,但电池组厂家在使用电池时,认为电池企业提供的参数过于保守。电池组厂家又自行宣称了一个较低的安全电压下限。而电池组的保护电路能够保证放电时电池组电压不超出其电池组的安全下限。这种方式也是符合标准要求的,电池组厂家需要对超出电池企业声称的安全范围使用电池这一行为担负安全责任。

 

4. n×电池放电截止电压 < 试验中最低电压;电池组放电截止电压 < 试验中最低电压;即电池组设计的保护电路能够保证放电时不超出电池厂家和电池组厂家各自宣称的安全下限,符合标准要求。

 

以上说明,依据GB 31241对电池组的保护电路进行10.4节考核时,并不仅是要验证样品在500次循环的欠压放电保护测试中都能切断电路。如果忽略了实测值与企业提供的参数的逻辑关系判定,就可能会做出错误的检测结论。这样的产品大批量上市后,企业将面临十分严峻的质量监督风险。