行车记录仪锂离子电池测试方法及研究

林健，杨凯

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

行车记录仪锂离子电池测试方法及研究

林健，杨凯

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

∶文章从实际使用环境及用户使用习惯的角度，对行车记录仪中的车载用锂离子电池组的定义、国内外标准状况及环境试验、电安全试验等四个方面进行了研究探讨。

∶锂离子电池；锂离子电池组；阻燃；爆炸

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.066

CLC NO.: TM912.9Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-196-04

前言

当今社会中，随着经济的快速的发展，人们的生活质量得以大幅改善，私家车逐渐成为每个家庭不可缺少的交通工具。在人们安全交通意识普遍提高的基础上，越来越多的私家车车主都会在自己的爱车安装行车记录仪。

可是市场上的行车记录仪产品良莠不齐，私家车车主根本无法辨别哪些行车记录仪产品是安全可靠的，现在大多数的行车记录仪还都是锂电池，更无法知道行车记录仪中的锂离子电池是否安全可靠。很多人都认为装了行车记录仪是安全可靠的，殊不知劣质的行车记录仪中的锂离子电池可能会引起漏液、着火、爆炸等危险，进而对爱车造成不可估量的潜在危险，甚至危及人身安全。

下面，我们就从定义概述、国内外标准研究状况、主要测试的内容及意义等三个方面来对行车记录仪中的锂离子电池逐一进行阐述。

1、定义概述

随着消费类电子产品市场的持续火热，锂离子电池市场发展迅猛，不仅其应用范围和数量不断扩大。锂离子电池具有工作电压高、能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、无公害等优点，受到移动电子产品设备的青睐，成为行车记录仪的主导电源。那什么是锂离子电池呢？

锂离子电池是指含有锂离子的能够直接将化学能转化为电能的装置。该装置包括电极、隔膜、电解质、容器和端子等，外壳采用钢、铝材料或铝塑膜，并被设计成可充电。

锂离子电池组是指由任意数量的锂离子电池组合而成且准备使用的组合体，该组合体包括适当的封装材料、连接器,也可能含有电子控制装置。即电池组由电池（或电池块）、保护电路板、封装材料等组成，还可能包括外壳，热敏元件，PTC、热熔断体、导线、连接器等。行车记录仪中的锂离子电池即为锂离子电池组，它一般由若干个锂离子电池、保护电路和保护外壳组成。

2、国内外标准研究状况

作为新兴能源，锂离子电池市场发展迅猛，在电子市场上的份额越来越大。然而，不断爆出的锂电池安全事故，也使得人们越来越关注锂电池的安全性。

2012年12月，国际电工委员会(IEC)正式发布了针对电池产品的国际安全标准IEC62133第二版本IEC 62133: 2012(ed2.0)。该标准规定了在预期使用和合理可预见的误使用条件下，含碱性或非酸性电解液的单体蓄电池和电池组和便携式密封单体蓄电池及电池组的安全要求（含锂电池、镍氢电池、镍镉电池等类型）。目前该标准已很成熟，大多数锂离子电池的企业标准、各国国家标准的制定都是以该标准作为基础标准。

早期，我国便在电子、通信、轻工、汽车、煤炭、民航等领域开展了锂离子电池的标准制修订工作，制定的锂离子电池现行标准16项。其中，GB/T 28164-2011等同转化自IEC 62133:2002，属于推荐性标准。此外，我国自2008年其开始自主制定专门的锂离子电池安全强制国家标准GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》于2015年8月1号正式实施。该标准在积极参照国际标准的基础上，充分考虑了锂离子电池在选材、设计、生产、使用、运输等全寿命周期所面临的各种应力及安全因素，并依据锂离子电池的安全问题具有自身的特殊性，综合考虑了电池（芯）材料、保护电路、封装材料、外界环境等各方面安全因素，制定了相关的安全要求和试验方法。新国标实施前，国内锂离子电池企业大多以IEC62133、GB/T18287-2013作为测试方法依据。新国标实施后，国内锂离子电池企业便逐步以GB31241-2014作为测试方法依据。

3、主要测试的内容及意义

根据行车记录仪的使用环境及用户使用可能出现的一些异常情况，可以从环境和电安全两大方面对其锂离子电池组进行考核。

3.1环境试验

3.1.1低气压

我国地大物博，幅员辽阔，人口分布广泛。汽车续程能力强，加之动力系统越来越先进，已然成为广大家庭的出行交通工具首选。这就需要车载用锂离子电池组应能满足在高海拔、低气压的环境中仍应正常使用。因此，在考虑因地域因素的差异造成海拔气压环境的同时，我们模拟车载用锂离子电池在此环境中试验时应仍能正常工作。即“将充满电的锂离子电池组放置于20℃±5 ℃的真空箱中，抽真空将箱内压强降低至11.6kPa，并保持6h。锂离子电池组应不起火、不爆炸、不漏液。”[1]如果该项目不合格，那对于我国高原地区的用户来讲，安装这种锂离子电池组的行车记录仪就相当于一个摆设，一点用处都没有。

3.1.2温度循环

我国地域辽阔，每一个地区的环境可能都有所不同，有些地方昼夜温差没有多少差别，而有些地方昼夜温差范围较大。加之一些特殊的使用环境，比如在炎热的夏天，因停车车位资源的紧张，一些车主只能将车子停在露天让太阳暴晒，经过一段时间后，车内的温度可能高达七八十度，车主办完业务返回时，马上开启车内空调降温，使得车内的温度由高温迅速降为低温。冬天，反之亦然。这就需要车载用锂离子电池在此种由高温迅速突变为低温、或者由低温迅速突变为高温的环境时，仍应能正常工作。即“将充满电的锂离子电池组放置在试验箱内按照如下步骤进行试验（见图1）：

a）在75 ℃±2 ℃的温度下保持6h；

b）在-40℃±2 ℃的温度下保持6h；

c）重复步骤a)～b)，共循环10次；

d）恢复至20 ℃±5 ℃ 的环境温度。

试验过程中每两个温度之间的转换时间不大于30min 。

试验后，锂离子电池组应不起火、不爆炸、不漏液。”[1]气候环境的差异以及个人使用的习惯，这就需要车载用锂离子电池组的设计人员应综合考虑该环境温度因素，使其设计的产品不能由于环境的恶劣而影响行车记录仪的正常使用。

图1　温度循环流程示意图

3.1.3振动

正常情况下，行车记录仪一般是安装在车内前挡玻璃或者固定在前排驾驶室上的塑料平台上的。市区、高速路段，车辆行驶的路面较为平坦顺畅，车子整体颠簸较小，车内行车记录仪的振动频率及振幅相对较小。但是对于村庄、山区路段，车辆行驶的路面较为崎岖，车子整体颠簸就比较大，加之如果车速较快的话，车内的行车记录仪的振动频率及振幅相对较大。这就要求车载用锂离子电池组在各种振动环境中，能够经受的住考验，不因路面情况的多样化而影响行车记录仪的正常使用。即 “将充满电的锂离子电池组紧固在振动试验台上，按下表1中的参数进行正弦振动测试。每个方向进行12个循环，每个方向循环时间共计3h的振动。圆柱型和纽扣型电池按照其轴向和径向两个方向进行振动试验，方型和软包装电池按照3个相互垂直的方向进行振动试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。”[2]

表1　振动波形（正炫曲线）

3.1.4高温使用及应力消除

对于福州、重庆、杭州、武汉四大“火炉”城市的车主来讲，车外环境在夏天可高达40℃。置于此环境中的车内的温度最高可达80℃左右，换句话说，就是在温度高达80℃的环境条件下使用仍应具有足够的安全性。并且，车载用锂离子电池组外壳若是由“模压或注塑成形的热塑性外壳组成的，其结构应能保证外壳材料在释放由模压或注塑成形所产生的内应力时，该外壳材料的任何收缩或变形均不会暴露出内部零部件”[2]。可由以下高温试验来检验其是否合格，即“将满电样品置于高温试验箱内，试验箱内温度设为制造商规定的电池组的充电上限温度和放电上限温度、电池的充电上限温度和放电上限温度及 80℃中的最大值。待样品表面温度稳定后，保持7h。

样品应满足以下要求之一：

a) 切断电路，且不起火、不爆炸、不漏液；

b) 未切断电路，在高温试验过程中按照制造商规定的充放电方法继续进行一次放电充电循环，样品应不起火、不爆炸、不漏液。”[1]

3.1.5阻燃：在一些特殊情况下，比如电池组内部某个保护元器件保护功能失效或者短路，造成瞬间电流过大而引起电弧甚至自然时，车载用锂离子电池组的封装材料所使用的材料，应当能限制火焰的蔓延。对于充电限制电压和最大充电电流或最大放电电流的乘积超过 15VA 的电池组，电池组的外壳应使用防火防护外壳：对于用户可更换型电池组其外壳应是不低于 V-1 级的材料，对于非用户更换型电池组其外壳应是不低于 V-2 级的材料。组成电池组的PCB板及其他绝缘材料阻燃等级均不应低于V-1级。以确保火焰不会蔓延，自动熄灭于内部本身。

3.2电安全试验

3.2.1过压充电

目前，市面上销售的行车记录仪基本上都是靠车载充电器进行充电的。车载充电器产品种类繁多，产品质量参差不齐。我国对车载充电器还没有统一的规范标准，质量无法保障。一般的车载充电器厂商为节约成本，在其工艺和材料方面缩减经费，造成市面上的车载充电器产品质量无法保证。这就使得行车记录仪的主用电源电压无法保障额定输出，对车载用行车记录仪中的锂离子电池组充电时，可能产生过压充电的危险。过高的充电电压极有可能使锂离子电池组产生着火、爆炸、漏液等危险，进而危险车内人员的人身安全和财产安全。所以，锂离子电池组的设计人员在保护板的设计上，必须考虑该因素。我们模拟在使用劣质的车载充电器给锂离子电池组产生过压充电时，车载用锂离子电池组内部的保护线路应能自动切断充电路，实现自我保护。即“锂离子电池组充满电后，继续以最大充电电流（Ic m）恒流充电至 n ×6.0V 或者可能承受的最高电压值（两者取较高者），并保持该电压进行恒压充电。 对于移除保护电路或者没有保护电路的电池组的充电 1h，对于保留保护电路的电池组充电至保护电路动作。电池组应不起火、不爆炸、不漏液。”[3]

3.2.2过流充电

车子较长一段时间未使用时，行车记录仪会有可能应自身静态消耗电流而使其锂离子电池组处于完全放电状态。或者车主在使用行车记录仪时，忘记将车载充电器给行车记录仪充电，行车记录仪仅用锂离子电池组供电，经长途跋涉，锂离子电池组的电量给消耗殆尽。这时，用劣质的车载充电器充电，极有可能产生较大的电流对锂离子电池组进行充电。过大的充电电流可能使锂离子电池组的某个元器件失效，进而产生着火、爆炸、漏液等危险，危险车内人员的人身安全和财产安全。因此，车载用锂离子电池组的保护线路必须具有过流充电保护功能，这种潜在的危险我们是无法预料的。我们可以通过过流充电试验，即“将放完电后的锂离子电池组，以1.5 倍的过流充电保护电流（1.5Icp）进行恒流充电。对于移除保护电路或者没有保护电路的电池组的充电至充电上限电压 Uup ，对于保留保护电路的电池组充电至保护电路动作。电池组应不起火、不爆炸、不漏液。”[4]，进而确保车内的人身、财产安全。

3.2.3过载

一般来讲，大多数车主用户的习惯都比较好，车子起动的同时会将车载充电器接上点烟器或者车载USB输出口取电，进行给行车记录仪充电。行车记录仪正常情况下，在有车载充电器供电的时候，其供电的电源一般是外接电源，即车载充电电源。只有在无外接电源时，行车记录仪才会启动自身锂离子电池组进行供电。也正因为如此，大多数情况下，车载用锂离子电池组的电量经常是满电的。然而，由于车载充电器的漏接，行车记录仪只能通过其自身锂离子电池组取电，此时，若行车记录仪本身电池充放电电路中的某单一元器件故障失效，造成过大电流放电，对锂离子电池组形成较大的电流冲击，便会引起电池组保护电路失效，产生着火、爆炸、漏液等危险。所以，我们将“充满电的锂离子电池组，先以1.5倍的过流放电保护电流（1.5Idp）恒流放电。对于移除保护电路或者没有保护电路的电池组放电至放电截止电压，对于保留保护电路的电池组放电至保护电路动作。电池组应不起火、不爆炸、不漏液。”[1]进行模拟试验，以确保突发状况下，车载用锂离子电池组仍能正常的工作，而不危害车内的人身、财产安全。

3.2.4外部短路

车载用锂离子电池组是行车记录仪的一个不可或缺的部件，正常情况下是不存在短路的现象的。但是谁也无法保证这一现象永远不会发生。当行车记录仪在较高的环境中使用时，可能会由于本身绝缘材料的失效，造成电源输出线路的爬电距离和电气间隙减小，又或者高温使得绝缘外壳材料发生形变，漏出裸露的零部件而引起短路。充满电的车载用锂离子电池组因外部的短路瞬间产生较大的电流冲击，进而破坏其自身保护系统，极有可能产生着火、爆炸、漏液等危险。因此，我们用外部短路试验来模拟在这种情况，车载用锂离子电池仍能满足要求，依靠自身的保护线路或者保护元器件使得这一突发状况得以制止。即“将充满电的锂离子电池组，短路电池组的正负极端子，外部短路总电阻为（80 ±20）mΩ。

对于移除保护电路或者没有保护电路的电池组短路24h，对于保留保护电路的电池组短路至保护电路动作。电池组应不起火、不爆炸、不漏液。”[5]。

4、结语

行车记录仪已成为大多数车主车上必备的一个重要部件。作为消费者，我们应从正规渠道购买合格的有经过认证的行车记录仪。作为设计者，车载用锂离子电池组应能满足上述基本要求，尽可能的从各个应用场合，各种细节方面设计保护方案，不仅使自己的产品安全可靠，又能树立品牌形象。

[1] GB31241-2014便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求.

[2] GB4943.1-2011信息技术设备 安全第一部分:通用要求.

[3] IEC60950:1999Safety of information technology equipment.

[4] GB/T 18287-2013移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范.

[5] GB/T 28046.1-2011道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验第1部分:一般规定.

The test method and research for Li-ion battery in vehicle traveling data recorder

Lin Jian, Yang Kai
(Institute of quality inspection of products in Fujian Province, Fujian Fuzhou 350002)

The article is carried on research and discussion about the definition, the domestic and international standards status, the environment test and the electrical safety test of Li-ion battery pack in vehicle traveling data recorder from the view of actual environment and user's habits.

Li-ion battery; Li-ion battery pack; Flame retardant; Explosion

∶TM912.9

∶A

∶1671-7988 (2016)09-196-04

林健(1982-)，工程师，就职于福建省产品质量检验研究院电子所电池实验室，主要从事电子产品的检测，电池，离子电池的检测。杨凯（1960-），工程师，就职于福建省产品质量检验研究院电子所。主要从事电子产品的检测，电池，离子电池的检测。