DSH 384（IEC 60950-1）鋰電池保護(hù)之功能絕緣短路

文前提示：本文解讀含大量個(gè)人偏見，勿直接對(duì)號(hào)入座，請(qǐng)保持清醒思考。

Subject: Lithium Cell Protection

Question:

Clause 4.3.21 requires that two levels of protection are required to prevent forced or reversed charge or forced discharge if this would result in a hazard. Conventionally a combination of resistor, diode or ic has been considered suitable and is for the series current path. However, a new consideration has been raised in respect of adjacent tracks, separated by no more than operational insulation, which, under s/c conditions will bypass the protective series components and provide charging current for either chargeable or non-rechargeable batteries. Does this mean that there is therefore a requirement for Reinforced separation?

If that is the case, then the controlling factor is the clearance of 0.8mm in Table 5 (circuits not subject to transient over voltage). This is based on the fact that creepage cannot be less than clearance and creepage can be calculated to be, for example at +5V, 0.4mm (based on rounding up 0.12mm to 0.2mm for Basic and doubling for reinforced.

Decision:

Operational insulation is suitable taking into account 5.4.4 because there is no risk of electric shock. (see 1.2.9.1)

Care should be taken by determining clearance and creepage distances which column of the table has to be used.(Transients have to be taken into account).

問題：

電池安全要求需要雙重保護(hù)，以防止可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的強(qiáng)制反向充電或強(qiáng)制放電。通常認(rèn)為使用電阻器、二極管或 IC 的串聯(lián)組合是合適的。然而，對(duì)相近線路提出了一個(gè)新的考慮，這些線路僅由功能絕緣隔開，在單一短路故障條件下，它將繞過串聯(lián)的保護(hù)裝置并為可充電或不可充電電池提供充電電流。這是否意味著因此需要加強(qiáng)絕緣？

決定：

由于不存在電擊危險(xiǎn)，功能絕緣被認(rèn)為是合適的。

功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)注意確定必須使用表中哪一列的間隙和爬電距離（必須考慮瞬態(tài)過電壓）。

大俠提示：

1、決議針對(duì)IEC60950 2nd版本，條款內(nèi)容與最新標(biāo)準(zhǔn)存在差異，故而不翻譯條款內(nèi)容，有興趣的朋友請(qǐng)自行閱讀，本文僅體現(xiàn)決議大意和大俠個(gè)人觀點(diǎn)；

2、決議認(rèn)為電池外圍的充放電電路間絕緣屬于功能絕緣，距離不夠者允許短路。

序號(hào)2沒有爭(zhēng)議，但大俠考慮以下兩個(gè)問題：

一、按電池條款中的5項(xiàng)試驗(yàn)，明文規(guī)定是“電池僅承受可能發(fā)生的任何單一元器件故障”，其一是僅承受（單次故障），其二是元器件故障（非線路）。功能絕緣短路是否可以歸類到電池條款的5項(xiàng)試驗(yàn)中？

二、設(shè)備為電池設(shè)置了雙重保護(hù)，直接短路線路而旁路雙重保護(hù)是否合適？在功能絕緣短路后，是否應(yīng)該再進(jìn)行電池條款的5項(xiàng)試驗(yàn)？

個(gè)人理解（以GB 4943.1-2011為例）：

4.3.8規(guī)定

“使用電池的設(shè)備在設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)保證在正常條件下和設(shè)備中出現(xiàn)單一故障（見1.4.14）、包括設(shè)備電池組件內(nèi)電路的故障后，能減少著火、爆炸和化學(xué)泄漏的危險(xiǎn)”

1.4.14規(guī)定

“當(dāng)設(shè)置某一故障時(shí)，這個(gè)單一故障包括任何絕緣（雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣除外）或任何元器件（雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的元器件除外）的失效。只有5.3.4c）有要求時(shí)，才模擬功能絕緣的失效”

5.3.4c）規(guī)定

“爬電距離和電氣間隙由于短路而引起如下情況時(shí)短路：

任何材料過熱而引起著火的危險(xiǎn)，除非這種可能過熱的材料是V-1級(jí)材料；或

基本絕緣、附加絕緣或加強(qiáng)絕緣的熱損壞，由此而產(chǎn)生電擊危險(xiǎn)”

假設(shè)1：完全無(wú)保護(hù)的電芯

經(jīng)受4.3.8條款試驗(yàn)中的最后一項(xiàng)超放電速率，即極端過載或短路，由于不存在保護(hù)裝置，可能導(dǎo)致電池爆炸或泄漏或起火，不滿足要求，因此完全無(wú)保護(hù)的電芯不允許使用

假設(shè)2：自帶CID/PTC保護(hù)的電池，或保護(hù)電路板的電池包

試驗(yàn)對(duì)充放電電路或負(fù)載電路設(shè)置故障，由于電池自身帶有保護(hù)裝置，在保護(hù)裝置承受范圍內(nèi)，一般不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)

假設(shè)3：電芯無(wú)保護(hù)，保護(hù)裝置安裝在線路板上

保護(hù)裝置線路屬于功能絕緣，距離過近允許短路，短路使得保護(hù)裝置失效，此時(shí)可能出現(xiàn)強(qiáng)制反向充電（加速放電）或強(qiáng)制放電（短路），對(duì)于無(wú)保護(hù)電芯而言，變成了假設(shè)1的情況，依然存在危險(xiǎn)

基于每次僅承受單一故障的原則，如果先短路功能絕緣后再進(jìn)行4.3.8的故障試驗(yàn)，變成雙重故障，大俠認(rèn)為不妥，過于嚴(yán)酷（由于漏電起痕或外物侵入或?qū)w觸碰導(dǎo)致兩處同時(shí)短路的可能性很低）。然而似乎在手機(jī)電池相關(guān)檢測(cè)中，針對(duì)此類問題又是如此執(zhí)行的。怎么回事呢？還是得從標(biāo)準(zhǔn)考核角度入手

4.3.8電池的5項(xiàng)試驗(yàn)，分別是

1、可充電電池的過壓充電

2、可充電電池的過流充電

3、不可充電電池的意外充電

4、可充電電池的反向充電

5、任何電池的超速放電

這5項(xiàng)試驗(yàn)涵蓋了一個(gè)電池可能面臨的各種問題。電池外圍可能具備雙重或多重保護(hù)，假設(shè)移除所有外部保護(hù)，那么電池自身的保護(hù)裝置即為最終的保護(hù)裝置，屬于最不利情況。在此基礎(chǔ)上疊加任何保護(hù)，只會(huì)向好，不會(huì)向壞

通過上述自論和假設(shè)，得到下述結(jié)論：

1、電芯應(yīng)當(dāng)具備自身保護(hù)，至少要有PTC保護(hù)

2、保護(hù)裝置所處的線路不滿足功能絕緣距離要求，可以設(shè)置短路

3、大俠堅(jiān)持（注意啊，是偏見?。?/strong>

如果設(shè)置某個(gè)線路的功能絕緣短路，只要等效于4.3.8中任一故障試驗(yàn)狀態(tài)，則不在其基礎(chǔ)上進(jìn)行新一輪故障。考量是不允許雙重故障并已到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)考核目的；若未等效于4.3.8中任一故障試驗(yàn)狀態(tài)則在其基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置新一輪故障以達(dá)到最不利結(jié)果。4.3.8任一故障試驗(yàn)狀態(tài)均可在未達(dá)到不利結(jié)果的功能絕緣短路基礎(chǔ)上再進(jìn)行設(shè)置。

如果設(shè)置某個(gè)元器件的功能絕緣短路，只要等效于4.3.8中任一故障試驗(yàn)狀態(tài)，則不在其基礎(chǔ)上進(jìn)行新一輪故障?？剂渴?.3.8條款僅允許單一元器件故障并已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)考核目的；若未等效于4.3.8中任一故障狀態(tài)則將該故障寫入5.3條款。之后在正常狀態(tài)下設(shè)置新一輪故障以達(dá)到4.3.8的任一故障試驗(yàn)狀態(tài)的最不利結(jié)果。

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