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环境和安全试验

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

                                        产品说明--环境和安全试验
环境测试  

    5.1.1• 总则
     Tadiran 圆柱型和薄片型锂电池根据下列严格的标准规定进行了全面的环境试验。
        •  亚硫酰氯非充电电池的军用规范, MIL-B-49461 ( ER )。
        •  锂电池的安全标准, UL-1642 。
        •  环境试验方法的军用标准, MIL-STD-810C 和 MIL-STD-202F 。
    如下给出了要做的试验项目。除非另有规定,所做的试验均适用一般的周围环境条件。用于做下面各项试验的几组电池从生产线随机抽选。
        •  振动试验( 5.1.2 )
        •  落地试验( 5.1.3 )
        •  机械加速冲击试验( 5.1.4 )
        •  机械加速冲击和振动混合试验( 5.1.5 )
        •  温度循环变化试验( 5.1.6 )
        •  高度试验( 5.1.7 )
        •  冲击试验( 5.1.8 )
        •  湿度试验( 5.1.9 )
        •  盐雾试验( 5.1.10 )
    下面的试验结果证明 Tadiran 锂电池指针均符合规定的环境试验要求。

    5.1.2• 振动试验
        适用文件: MIL-B-49461 ( ER ) -- 第 4.8.6 节, UL-1642— 第 15 节。
        试验描述:(依据 MIL-B-49461 )
        振动:振幅为 0.75mm 。
        频率:初始频率为 10Hz ,接着以 1Hz/ 分钟的速度增加至 55Hz,然后以同样的速度降至 10Hz.
        试验时间:每个试验持续 95 分钟。
        程序:按图 5.1-1 所示,试验在每个轴上做三次(共两个轴).在振动循环试验结束时,电池即放电.
        观察结果:电池电压没有变化;电池容量没有减少;通过 X- 射线拍摄照片显示电池结构没有变化;电池重量没有变化。

图 5.1-1 振动和冲击试验轴

    5.1.3• 落地试验
        适用文件: UL-1642 第 16 节, MIL-B-4961 ( ER )第 4.8.3 节。
        试验描述:(依据 UL-1642 )将电池从 1.9 米处抛落到水泥地板上 10 次。
        观察结果:电池电压没有变化;达到台阶电压的时间没有滞后;电池容量没有大的变化;没有电池液体渗漏;电池结构没有变化。

    5.1.4• 机械加速冲击试验
        适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.5 节。
        试验描述:使用加速冲击对电池进行加速,在最初的三毫秒平均最低加速为 75G ,峰速范围是 125G 至 175G 。
        程序:按图 5.1-1 所示,机械加速冲击试验在每个轴上做三次(共两个轴)。

文本框: 温度(摄氏度)
在加速冲击试验结束时,电池即放电。时间(小时)

图 5.1-2 温度循环曲线图

        观察结果:没有观察到电池电压的变化;电池容量没有减少;电池没有渗漏;通过 X- 射线拍摄照片显示电池结构没有变化;电池重量没有变化。

    5.1.5• 机械加速冲击和振动混合试验
        适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.5 和 4.8.6 。
        试验描述:首先按第 5.1.2 节的说明进行振动试验,然后按第 5.1.4 节的说明进行机械加速冲击试验。
        观察结果:电池电压没有变化;电池容量没有变化;通过 X- 射线拍摄照片显示电池结构没有变化;电池重量没有变化。

    5.1.6• 温度循环试验
        适用文件: UL-1642 第 7.2 节。
        试验描述:电池交替放在 -54 o C 和 +71 o C 温度环境下各 10 次。每种温度环境下放 16 小时。准备将电池从一种温度环境移放到另一种温度环境时,放在室温下 8 个小时。参照图 5.1-2 。电池放在 25 o C 温度下稳定以后即以额定速度放电。在放电期间将电池电压的情况进行记录。
        观察结果:电池电压没有变化;电池容量没有变化;电池没有渗漏现象。

    5.1.7• 高度试验
        适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.7 节。
        试验描述:电池在试验前后均进行称重及尺寸测量。将电池放在一真空室内并对其进行施压,所施压力相当于在 50000 英尺高度的压力。在试验过程中对开路电压进行测量。将电池从真空室内取出,然后放电确定载荷电压及电容量。
        观察结果:电池重量没有变化;电池尺寸没有变化;电池容量没有减少;电池没有渗漏现象;开路电压没有变化。

    5.1.8• 冲击试验

        适用文件: UL-1642 第 13 节。
        试验描述:将每一个样品侧立放在一平面上。将直径为 7.9mm 的测杆横放在电池的中间,与电池的竖轴垂直。将一 9.1 公斤重的物体从 61 厘米高处丢落到测杆上。
观察结果:没有发现明显的缺陷;电池容量没有减少;没有电解质渗漏;开路电压为 3.68 到 3.70V ;负载电压为 3.40V 。

    5.1.9• 湿度试验

        适用文件: UL-1642 第 12 节。
        试验描述:电池放在调温室内。经过两个小时将室内温度提高到 65 o C ,相对湿度不低于 95% 。这种环境保持 6 个小时。然后将温度降低, 16 个小时后降到 30 o C 。在这期间湿度一直保持在不低于 85% 。将这个过程重复 10 次。
        观察结果:电池重量没有变化;电池尺寸没有变化;电池容量没有减少;电池没有渗漏现象;开路电压没有变化。

    5.1.10• 盐雾试验

        适用文件: MIL-STD —— 202F ,方法 101D ,试验 B 。
        试验描述:将电池放在盐雾( 5% 氯化钠溶液盐雾)环境下 48 小时,要求条件如下:温度, 35 o C ± 1 o C ;相对湿度, 95-98% ;气压。
        观察结果:电池上没有发现腐蚀痕迹。


安全性能试验  

    
     警告 : 下面所做的试验都是在极端条件下进行的。只是用来说明某种情况,绝不可理解为这些方法可在实际中应用。如果在应用或试验中有的要求超过电池资料表中所给出的标准,必须事先征得 Tadiran 的批准方可进行。

5.2.1• 总则
    电池的安全方面在生产中必须尽早考虑,让用户感到在使用时有安全感。或是明确警告电池禁止存放在某些环境下,因为那可能造成某些危害。
Tadiran 电池的设计安全,无爆炸隐患。之所以能够如此,是因为考虑到了充分利用如下几个方面的因素:
        •  高热量扩散介质
        •  有限的反应区域
        •  有限的短路电流(结果带来有限的温度上升)
        •  根据作业的需要装有透气装置
    UL 安全标准中的 UL-1642- 锂电池标准规定了有关锂电池的规范要求。这类锂电池在实际应用中,技术人员或用户就可以直接替换。 UL-1642 锂电池标准还规定了电池必须安全规范使用的试验条件。在下面的安全报告里即包括了一些试验。这些试验条件在性质上比 UL 安全标准要求的还要严格。


图 5.2-1 通过 X- 射线拍摄的穿刺电池照片 短路电流( A )

5.2.2• 安全试验
  Tadiran圆柱型和薄片型锂电池已经经过了如下的安全试验(包括有透气孔和不带透气孔电池):
        •  穿刺试验( 5.2.3 )
        •  挤压试验( 4.2.4 )
        •  在 25 0 C 温度环境下的短路试验( 5.2.5 )
        •  在 72 0 C 温度环境下的短路试验( 5.2.6 )
        •  加热试验, 150 0 C ( 5.2.7 )
        •  渗漏试验( 5.2.8 )
        •  强行放电试验( 5.2.9 )
        •  放电电池的充电试验( 5.2.10 )
        •  满容量电池的充电试验( 5.2.11 )
    只适用于有透气孔的电池:
        •  火焰焚烧试验( 5.2.12 )
        •  燃火接触试验( 5.2.13 )
        •  安全性能试验( 5.2.14 )

文本框: 短路电流(A)文本框: 电池温度(oC)
时间(小时)

图 5.2-2 绝热电池短路的温度电流形势图

5.2.3• 穿刺试验
    (包括对满容量电池和放电电池)
    试验条件:环境温度: 25 o C ;相对湿度: 70% 。
    试验描述:用压力使直径为 4 毫米的钉子穿过电池,钉子与电池竖轴成垂直角(见图 5.2-1 )。在这种情况下对电池再观察 24 小时。
观察结果:在穿刺处有轻微的电解质渗漏 — 没有电解质喷出或“嘶嘶”冒出的现象发生,证明电池内部缺少压力。电池没有膨胀。电池被短路并对温度上升情况进行了记录。

5.2.4• 挤压试验

    (包括对满容量电池和放电电池)
    适用文件: UL-1642 第 12 节。
    试验条件:环境温度: 25 o C ;相对湿度: 70% 。
    试验描述:对每一块电池按垂直于其竖轴的方向进行挤压(受压面积为 32x32 毫米)。对其中的两个阶段进行观察。第一阶段为挤压深度达正常电池直径的 30% 时;第二阶段为电池被完全挤扁时。
    观察结果:在第一阶段:电池短路,没有爆炸或电解质流出现象;在第二阶段,电池短路,电解质漏出,但没有爆炸。

5.2.5• 在 +25oC 温度环境下进行的短路试验
    适用文件: UL-1642 第 10 节, MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.10 节。
    试验描述:将镍片点焊到电池两端。电池短路 24 小时,其有效电阻约为 0.005 Ω 。在短路试验的 24 小时内,对电池进行观察记录。
观察结果(见图 5.2-2 , D 号电池):电池短路 30 秒钟后,其电压降到接近于零。最大短路电流为 6A 。在电池底部和封盖上有轻微的膨胀。电池直径没有变化;没有着火或爆炸。

5.2.6• 在 +72oC 温度环境下进行的短路试验
    
适用文件: UL-1642 第 10 节。
    试验描述:将镍片点焊到电池两端。电池在 72 o C 温度环境下存放 16 小时。让电池短路,其有效电阻约为 0.005 Ω,在 72 o C+2 o C 温度环境下再存放 24 小时。在短路试验的 24 小时内,对电池进行观察记录。

文本框: 开路电压 (V)

    观察结果( D 型电池):电池短路 30 秒钟后,其电压降到接近于零。最大短路电流为 6A 。在电池底部有膨胀现象。没有着火或爆炸。在有气孔的电池上,透气孔张开。

5.2.7 • 加热试验( +150oC )
    适用文件: UL-1642 第 11 节。
    试验描述:在试验前和试验后对电池的尺寸和重量进行记录。电池放在温度为 150 o C+5 o C 的炉内 3 个小时。在这期间每 10 分钟对电池开路电压进行记录一次。观察结果:电池顶部和底部有膨胀现象发生。电池直径没有变化;没有电解质渗漏。图 5.2-3 显示了电池在炉内时开路电压的变化情况。在有透气孔的电池上,透气孔张开。

5.2.8• 渗漏试验
    适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.13 节。
试验描述:电池放在 55 o C 温度环境下 7 天,然后放在室温环境下一段时间,使其稳定。接下来称其重量,再把电池放在 55 o C 温度环境下 21 天,再放在室温下使其稳定,然后再进行称重。记录两次的重量差别。
    观察结果:重量损失不超过电池内亚硫酰氯总重量的 0.005% ;看不到有任何腐蚀痕迹。

5.2.9• 强行放电试验
    适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.13.1 节, UL-1642 第 17 节。
试验描述:电池以额定电流放电至端电压为 0V 。然后电池以如下高电流强行放电 12 小时。
时间(分钟)

图 5.2-3 高温( +150 o C )下的开路电压曲线图

型号

mA

型号

mA

BEL

10

AA

60

1∕10D

33

C

120

1/6D

33

D

200

1/2AA

33

DD

400

    观察结果( D 号电池):在使用压力电流时,电压立刻会向相反方向转变, 3 个小时后达到负峰值,为 -8.0V ,接着电压稳定在 -6.0V ,而且在该项试验结束前一直如此(见图 5.2-4 )。试验结束时电池温度大约为 70 o C 。没有电解质渗漏;电池尺寸和重量没有变化。

5.2.10• 对放电电池的充电试验
    适用文件: UL-1642 第 18 节。
    试验描述:在试验前后对电池的尺寸和重量进行测量。电池以额定放电电流完全放电至端电压为 0V 。然后电池以如下高电流充电 12 小时。

文本框: 电压(V)时间(小时)

图 5.2-4 强行放电电压曲线图

型号

MA

型号

mA

BEL

10

AA

60

1∕10D

33

C

120

1/6D

33

D

200

1/2AA

33

DD

400

    在试验过程中对电池电压进行记录。在充电结束时对电池温度进行测量。
    观察结果( D 型电池):在充电的一开始,电池电压升到 5.0V ,然后逐渐下降,最后稳定在 3.7V 。该电压一直持续到试验结束。电池温度在充电 12 小时后达到最高值 53 o C 。试验结束时,没有发现电池在重量和尺寸上有任何的变化;亦没有电解质渗漏。

5.2.11• 满容量电池的充电试验
    适用文件: UL-1642 第 18 节。
    试验描述:在试验前后对电池的尺寸和重量进行测量。然后电池以如下高电流充电 12 小时。

型号

MA

型号

mA

BEL

10

AA

60

1∕10D

33

C

120

1/6D

33

D

200

1/2AA

33

DD

400

    在试验过程中对电池电压进行记录。在试验前后对电池温度进行测量。
    观察结果( D 型电池):在充电的一开始,电池电压升到 4.0V ,而且在整个试验过程中,电压一直保持在这个水平。在充电结束时,电池温度达到最高值 +62 o C 。在试验结束时,没有发现电池有尺寸和重量上的变化;没有电解质渗漏。

5.2.12• 火焰焚烧电池试验(只对有透气孔的电池)

    适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.20 节。
    试验描述:电池在 540-580 o C 高温的明火上焚烧。
    观察结果: 1 分钟后,电池透气孔开始排气。没有发生爆炸。

5.2.13• 燃火接触试验(只对有透气孔的电池)
    适用文件: UL-1642 第 19 节。
    试验描述:将每块要做试验的电池固定到钢丝网上,然后放到实验室用的 Meeker 燃气炉上。将电池加热破坏(通过燃烧锂即可证明这种情况)。
    观察结果:没有火花、火焰亦没有固体物喷出。没有爆炸现象发生。

5.2.13• 安全性能试验(只对有透气孔的电池)

    适用文件: MIL-B-49461 第 4.8.10 节。
    试验描述:电池在 85-90 o C 温度环境下放 16 小时,记录下透气孔的变化情况。然后将电池放在 150 o C 的高温环境下 16 小时,亦记录下透气孔的变化情况。
观察结果:在开始的 16 小时,电池没有排气,但在第二个 16 小时后,所有电池都有排气现象出现。没有出现爆炸现象。

    

                        
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