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GB 40165-2021《固定式電子設備用鋰離子電池和電池組安全技術規范》解析
GB 40165-2021《固定式電子設備用鋰離子電池和電池組安全技術規范》發布并將于2022年5月1日起實施。本文對標準適用范圍、參考的標準、主要內容和試驗樣品4個主要方面進行了簡單分析與介紹。
鋰離子電池安全強制性國家標準GB 40165-2021《固定式電子設備用鋰離子電池和電池組 安全技術規范》于2021年4月30日由國家市場監督管理總局、國家標準化管理委員會發布，并將于2022年5月1日起實施。GB 40165-2021規定了固定式電子設備用鋰離子電池和電池組相關的電安全、環境安全、電池組系統功能性安全等要求和試驗方法。固定式電子設備用鋰離子電池在網絡機房、通信基站、數據中心等領域有著廣泛的應用。相比于手機電池、筆記本電腦電池等，該類產品電池具有容量大，電壓高、工作電流大等特點，往往需要大量電池成組使用，一旦發生起火、爆炸引發的危害更大。GB 40165-2021的制定填補了該類產品用鋰離子電池安全標準的空白，以下將對該標準中的若干重要內容進行解讀分析。
1. 標準的適用范圍
GB 40165-2021適用于“固定式電子設備”用的鋰離子電池和電池組。按照國際和國內標準化的一般分類，電子設備主要包括以下4種：
（1）音視頻（AV）設備：例如電視機、DVD機、MP3/MP4播放器、照相機、攝像機等；
（2）信息技術（IT）設備：例如計算機、掃描儀、打印機、復印機、網絡設備、掃碼儀、驗鈔機等；
（3）通信技術設備：手機、電話、基站、傳真機、調制解調器等；
（4）測量控制設備：電壓表、電流表、測溫儀、數據采集儀、示波器等。
電子設備種類眾多，在鋰離子電池領域，根據其宿主設備的特點和應用環境將電子設備分為了兩類，即便攜式電子產品和固定式電子設備。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
根據GB 31241-2014《便攜式電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求》定義，便攜式電池產品是指不超過18kg的預定可由使用人員經常攜帶的移動式電子產品。根據GB 40165-2021定義，固定式電子設備是指預定不可由使用人員經常攜帶的電子設備。包括了不可攜帶使用的電子設備以及超過18kg的移動式電子設備。本標準規定的固定式電子設備范圍如圖1所示。
圖片圖1 標準規定的固定式電子設備范圍
固定式電子設備包括：
（1）固定式信息技術設備（IT設備）：對某些需要備用電源或者外場使用的信息技術設備需要使用鋰離子電池，如機架備用電源、機房備用電源。
（2）固定式音視頻設備（AV設備）及類似設備：如偏遠地區遠程監控系統，不方便架設電網，采用鋰離子電池儲電。
（3）固定式通信技術設備（CT設備）：例如偏遠地區無線通信基站、集團電話（程控電話交換機）采用鋰離子電池作為儲能電源或者備用電源。
（4）固定式測量控制和實驗室電子設備及類似設備。
上述列舉的固定式電子設備并未包括所有的設備，因此未列出的設備也可能包含在本標準的范圍內。例如不間斷電源 (UPS)、應急電源（EPS）、路燈、道路交通設備、景觀照明設備、家庭光伏儲能設備。目前報批中的電子行業標準《分布式儲能用鋰離子電池和電池組性能規范 第1部分：家庭儲能》和《分布式儲能用鋰離子電池和電池組性能規范 第2部分：道路交通與景觀照明設施》中明確規定了鋰離子電池和電池組的安全性應滿足GB 40165《固定式電子設備用鋰離子電池和電池組安全技術規范》的要求。
2. 標準的參考標準
GB 40165-2021為我國自主制定的標準，在該標準的起草過程中，重點參考和借鑒了類似的國際標準IEC 62619:2017《含堿性或其它非酸性電解質的蓄電池和蓄電池組——工業設備用鋰蓄電池和電池組安全要求》。
IEC 62619:2017是一項針對鋰離子電池和電池組的基礎標準，規定的宿主設備為“工業設備”，適用于多種工業設備用電池和電池組，包括對這些電池和電池組的通用要求和最低要求。以下為IEC 62619:2017范圍內的電池和電池組設備的部分舉例：
（1）固定式設備：電信、不間斷電源（UPS）、電能存儲系統、公用配電屏、應急電源及類似設備。
（2）運輸設備：起重叉車、高爾夫球車、AGV（自動導引車）、鐵路及海運，公路車輛除外。
運輸設備（如起重叉車、高爾夫球車等）并不屬于“電子設備”，因此其所使用的鋰離子電池并不適用于GB 40165-2021。
國際電工委員會（IEC）在IEC 62619:2017基礎上，根據各類工業設備的附加和特殊要求制定了多項具體行業設備用電池標準，如適用于電力儲能的鋰離子電池標準IEC 63056:2020，如圖2所示。
圖片圖2 IEC 62619適用的多種工業設備
為了更好地與GB 40165-2021協調互補，IEC 62619:2017和IEC 63056:2020的國家標準轉化立項工作也正在進行中。
聯合國危險貨物運輸專家委員會（UN/CETDG）制定了《關于危險貨物運輸的建議書——試驗和標準手冊》，其中第38.3節（簡稱UN38.3）規定了鋰電池在運輸過程中的安全性測試方法及要求，這也是目前國際上比較公認的鋰電池運輸安全規范。GB 40165-2021也考慮了鋰電池運輸過程中的安全性，在制定過程中相應的試驗項目和測試方法基本與UN38.3保持一致。
3. 標準的主要內容
只有涉及安全性時才進行本標準規定的試驗。本標準規定的鋰離子電池和電池組的安全性從下列兩種應用條件加以考慮：
a）預期使用；
b）合理可預見誤用或濫用以及故障條件。
本標準中規定的安全要求和試驗方法可以按照下幾種方式進行分類：
● 首先是一般安全要求（第5章），包括對文件和標志的要求；
● 其次是電池的安全要求和試驗方法（第6~7章），包括電池電安全（第6章）和電池環境安全（第7章）；
● 再次是電池組（系統）的安全要求和試驗方法（第8~9章），包括電池組環境安全（第8章）和電池組系統功能性安全（第9章）；
● 最后是系統安全（第10章），系統安全要求及測試方法應當符合GB 4943.1-2011及相關標準，或其替代標準。
表1為電池的型式試驗項目。
表2為電池組/電池組系統的型式試驗項目。
4. 試驗樣品
與便攜式電子產品相比，固定式電子設備一般使用的電池容量大，電壓高、工作電流大，需要多節電池串并聯成組使用。試驗樣品包含電池（電芯）、電池并聯塊、模組、電池組、系統等不同層次。
根據本標準的定義，鋰離子電池（電芯）是指依靠鋰離子在正極和負極之間移動實現化學能與電能相互轉化的裝置，并被設計成可充電。該裝置通常包括電極、隔膜、電解質、容器和端子等。
電池并聯塊是指多個電池并聯在一起的配置，可能有也可能沒有保護裝置[如熔斷器或正溫度系數熱敏電阻(PTC)]和監控電路。由于它尚未安裝外殼、終端裝置和電子控制裝置，因而還不能使用。
模塊是指多個電池串聯或并聯在一起的配置，可能有也可能沒有保護裝置[如熔斷器或正溫度系數熱敏電阻(PTC)]和監控電路。
電池組是指由一個或多個電池或模塊電氣聯接的能量存儲裝置。它可以包括給電池組系統提供信息（如電池電壓）的保護和監控裝置，也可以包含由終端或其他互聯裝置提供的保護罩。
電池組系統是指由一個或多個電池，模塊或電池組組成的系統。它有電池組管理系統（BMS），如果發生過充、過流、過放和過熱，電池管理系統會動作。它可以包含冷卻或加熱裝置，有的甚至包含了充放電模塊和逆變模塊。電池組系統一般組成如圖3所示，BMS位置舉例如圖4所示。
圖片圖3 電池組系統的一般組成
圖片圖4 BMS位置舉例
電池的型式試驗樣品優先使用電池，也可使用電池并聯塊或模塊代替電池。當有爭議時，以使用電池進行試驗的結果為準。電池組/電池組系統的型式試驗樣品使用電池組/電池組系統（二選一），如果電池組系統可拆分為小的單元，單元可代替電池組系統進行試驗。制造商可對單元添加最終電池組系統具有的功能。制造商應明確聲明每一項測試的測試單元。
此外，需要注意的是，參考UN38.3，總質量超過500g的鋰離子電池定義為大型鋰離子電池，總質量超過12 kg的鋰離子電池組定義為大型鋰離子電池組。大型鋰離子電池和電池組在進行溫度循環、振動、加速度沖擊和跌落試驗時條件有所不同。
5. 結語
本文從適用范圍、參考標準、主要內容和試驗樣品4個主要方面對GB 40165-2021《固定式電子設備用鋰離子電池和電池組 安全技術規范》進行了簡單分析與介紹。該標準從電池（電芯）、電池并聯塊、模組、電池組、系統等不同層次規定了固定式電子設備用鋰離子電池和電池組（系統）電安全、環境安全、功能性安全等要求和試驗方法。該標準制定實施之后，將對后續的合格評定和市場準入提供重要的參考依據，對提高相應產品安全質量水平有著重要的意義。
*劉冉冉 何鵬林 王曉冬 | 中國電子技術標準化研究院
*本文刊登于《產品安全與召回》2021年第4期——召回手記·研究欄目，轉載請標明來源。
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