工程师一句话:Ed 6.0把电池安全从"附录级别"提升到了"正文级别"。Clause 12是全新的金属离子电池充电章节,Annex B则重构了电池供电器具的完整安全框架。做无线吸尘器、扫地机、手持风扇、户外电源的工程师,这一篇是必查项。
条款速查表
| 条款 | 核心要求 | 工程师关注点 |
|---|---|---|
| Clause 12 | 金属离子电池正常充电不得超出电芯规定的充电工作区域 | 充电电压/电流/温度三参数监控、串联不平衡测试 |
| Annex B | 电池供电器具、可分离电池、可拆卸电池的通用安全要求 | 适用范围边界、标志、说明书、故障测试、外壳泄压 |
| B.3.1.1 | 电池器具的"正常操作"定义(三种电池配置) | 试验前电池状态、人工电源参数 |
| B.5.3 / Table B.1 | 人工电源特性(开路电压、短路电流、最小容量) | 替代电池做型式试验时的电源选型 |
| B.19.4 | 金属离子电池短路测试(单电芯完全放电后主放电端短路) | 保护装置动作时间、外壳完整性 |
| B.20.1 / B.20.2 | 金属离子电池外壳耐压/泄压要求 | 泄压开口面积(Table B.2)或空气注入试验(Table B.3) |
| B.22.1 | 电池系统用户可触及接口的连接器限制 | 禁用IEC 60320、小直径桶形连接器(≤6.5mm) |
| B.22.3 / B.22.4 | 防同时接触要求(探针B + 探针18) | 电池仓开孔尺寸、两极可触及性判定 |
| B.24.1 | 电池单元合规路径:IEC 62133-1(镍系)或IEC 62133-2(锂系) | 金属离子电池额外需做振动+机械冲击(IEC 62133-2 7.3.8.1/7.3.8.2) |
适用范围:哪些电池产品受控
Annex B 的适用与不适用
适用(必须按Annex B测试):
- 电池供电器具(battery-operated appliance):通过电池获得能量、不连接电源即可实现预期功能的器具
- 可拆卸电池(detachable battery):从器具取下后单独充电的电池包(如无线吸尘器电池包)
- 可分离电池(separable battery):通过外部软线与器具连接、可分离的电池包
- 整体式电池(integral battery):内置于器具、用户不可拆卸的电池
不适用(Annex B不管这些):
- 电池充电器(battery charger)→ 归 IEC 60335-2-29 管
- 非充电电池(primary battery)本身 → 但装入器具后器具需符合Annex B
- 通用电池(如汽车启动电池)→ 视为DC供电器具,不归Annex B
- 仅作为遥控器使用的电池器具 → 也适用Annex B
工程师白话:如果你的产品里有电池,且电池是产品的一部分(不管是内置、可拆还是可分离),Annex B就适用。但单独的充电器不适用Annex B,它有自己的Part 2标准。
Clause 12:金属离子电池充电安全
Clause 12 是 Ed 6.0 的全新正文条款,针对使用金属离子化学体系(主要是锂离子)的电池充电过程。TC 61 明确指出,该条款以锂离子电池为蓝本编写,其他金属离子化学体系未来可能需要调整。
核心安全逻辑
Clause 12 只解决一个问题:正常充电时,任何电芯都不能超出其制造商规定的充电工作区域(Specified Operating Region, SOR)。
充电工作区域由三个参数共同定义(参见标准 Figure 14):
- 电压上限(Vcmax):电芯允许的最高充电电压
- 电流上限(Icmax):电芯允许的最大充电电流
- 温度范围:电芯允许充电的最低/最高温度,以及不同温度下的电压/电流降额
工程师白话:电芯厂家会给一张"充电地图"——什么温度下能充、最高充到多少伏、最大电流多少。Clause 12 要求你的充电系统在任何情况下都不能让电芯跑出这张地图。
型式试验方法
| 步骤 | 操作 | 判定标准 |
|---|---|---|
| 1 | 使用完全放电的电池,按说明书规定的充电系统,在 20°C ± 5°C 环境下充电 | 监控每个电芯的电压、温度、充电电流 |
| 2 | 若制造商规定最低充电温度 < 10°C,在最低温度(±5°C)重复测试 | 同上 |
| 3 | 若制造商规定最高充电温度 > 40°C,在最高温度(±5°C)重复测试 | 同上 |
| 4 | 对串联配置的电池,引入电芯不平衡:将一个电芯充至约50%电量,其余完全放电,然后整体充电 | 验证充电系统能否在不超出任何电芯SOR的前提下完成充电 |
| 5 | 并联配置可用分析替代逐支路测量 | 分析需证明最大充电电流不超过单电芯上限 |
温度测量点:电芯外表面,沿最长尺寸的中点。
温度修正公式(当在20°C测试时,需推算极端环境温度下的电芯温度):
- 最高环境温度推算:Tcell = Tmeas + (Tamb(max) − Tamb(test))
- 最低环境温度推算:Tcell = Tmeas − (Tamb(test) − Tamb(min))
工程师白话:实验室通常在室温做测试,但你的产品可能在0°C或45°C环境下充电。标准允许你用数学方法"换算"——把室温测到的电芯温度,加上/减去环境温度差,看是否还在安全地图里。
Annex B:电池供电器具通用要求
Annex B 是规范性附录,对电池供电器具的Clause 3(定义)、Clause 5(试验条件)、Clause 7(标志说明)、Clause 11(发热)、Clause 19(非正常)、Clause 22(结构)等进行了大量修改或补充。
电池配置的六种形态
标准用 Figure B.1 展示了六种常见架构,不同架构的测试对象不同:
| 形态 | 说明 | 测试对象 |
|---|---|---|
| a | 完整器具:由 mains/可再生能源供电运行或充电 | 按标准正文测试 |
| b | 可拆卸电源部件 + 含电池/充电电路的器具 | 电源部件按正文;器具功能部分按Annex B |
| c | 可拆卸电源部件 + 含充电电路的器具 + 电池 | 电源部件按正文;器具功能部分和电池按Annex B |
| d | 可拆卸电源部件 + 含电池的器具(充电电路在电池包内) | 同上 |
| e | 电池充电器(IEC 60335-2-29)+ 可拆卸电池 + 器具 | 充电器按2-29;电池和器具按Annex B |
| f | 可拆卸电源部件 + 可分离电池 + 器具功能部分 | 电源部件按正文;可分离电池和器具功能部分按Annex B |
试验通用条件(B.5.x)
| 条款 | 关键要求 |
|---|---|
| B.5.1 | 需充满电的试验前,电池先充满,再断开充电源休息2-6小时 |
| B.5.2 | 规定额定电压时,使用充满电的电池;端子无极性标识时,接最不利的极性 |
| B.5.3 / Table B.1 | 可用人工电源替代电池做试验,参数见下表 |
人工电源参数(Table B.1 摘要):
| 电池类型 | 初始开路电压 | Isc(low) | Isc(high) | 最小容量 |
|---|---|---|---|---|
| 可充电电池 | 满充电压 | 0.5 × 提供电池的Isc | 2.0 × 提供电池的Isc | 300% 提供电池容量(1A/0.9V截止) |
| 不可充电 AAA | 1.5V | 3A | 10A | 0.5 Ah |
| 不可充电 AA | 1.5V | 5A | 15A | 1.0 Ah |
| 不可充电 C | 1.5V | 5A | 15A | 3.0 Ah |
| 不可充电 D | 1.5V | 6A | 20A | 10 Ah |
| 不可充电 9V(PP3) | 9.0V | 0.6A | 6A | 0.5 Ah |
工程师白话:做型式试验时,如果舍不得用真电池反复折腾,可以用直流电源模拟。但模拟源的"脾气"必须和真电池差不多——特别是短路电流能力,这直接影响发热和故障测试的结果。
标志与说明书:必须写上的内容
器具/电池上的标志(B.7.1)
| 对象 | 强制标志内容 |
|---|---|
| 电池供电器具 | 制造商名/商标、型号、IP等级(非IPX0时)、电池型号(若电池不在器具内充电或为不可充电电池) |
| 可拆卸/可分离电池 | 制造商名/商标、型号、IP等级、电池充电器型号(需配合符号IEC 60417-6413) |
| 用户可更换电池 | 制造商名/商标、型号、额定电压 |
| 多电池器具 | 正确极性连接标识(符号IEC 60417-5005/5006) |
说明书强制警告(B.7.12 摘要)
- 小部件电池警告:"WARNING: Keep out of reach of children. Swallowing can lead to chemical burns, perforation of soft tissue, and death..."
- 金属离子电池充电温度范围:必须声明正常充电温度范围
- 通用安全提示:
- 不要将器具或电池暴露于过高温度
- 注意金属物体导致电池端子短路的风险
- 不可充电电池器具:"This appliance contains non-rechargeable batteries, these batteries are not to be recharged."
- 非用户可更换电池器具:"This appliance contains batteries that are only replaceable by skilled persons."
- 不可更换电池器具:"This appliance contains batteries that are non-replaceable. When the battery is at end of life, the appliance shall be properly disposed of."
- 可拆卸/可分离电池充电器匹配:"WARNING: Use only with battery charger."
工程师白话:说明书的警告语不是随便写的——标准给出了原文或"substance of the following"(大意如下)。你的说明书必须覆盖这些点,否则认证审核会被开不符合项。
非正常操作与故障测试
电池器具的非正常测试在 B.19.1 ~ B.19.6 中规定,替代了标准正文的19.2/19.3/19.5等条款。
| 测试编号 | 故障场景 | 测试方法 | 合格判定 |
|---|---|---|---|
| B.19.1 | 极性反接(有极性标识的端子) | 将电池极性反接 | 无危险 malfunction |
| B.19.2 | 多电池器具中个别电池反接 | 允许用户反接的构造下,反接一个或多个电池 | 同上 |
| B.19.3 | 电机端子短路 | 每个电机端子依次短路,电阻≤10mΩ,运行至稳态或≥3h | 温度不超限、无起火爆炸 |
| B.19.4 | 金属离子电池主放电端短路 | 所有电芯充满电,串联电池中一个电芯完全放电,主放电端短路(电阻≤10mΩ) | 保护装置动作或薄弱件断开;无爆炸/起火;电芯仅通过泄气孔排气 |
| B.19.5 | 器具端故障(软线短路/可更换电池端子短路/充电端子短路) | 依次施加三种短路,电阻≤10mΩ | 同上 |
| B.19.6 | 可拆卸/可分离电池端子短路 | 探针13可触及的端子组合依次短路,电阻≤10mΩ | 同上 |
通用合格准则(B.19.13 / 19.13):
- 试验中/后:无火焰、无熔融金属、无有毒/可燃气体(危险量)、温升不超Table 9
- 电池不得爆炸或起火
- 允许电芯通过**设计的泄气孔(vents)**排气,但不允许通过其他途径排气
工程师白话:电池故障测试的核心就一条——电池可以坏,可以泄气,但不能炸,不能烧。你的保护电路(PTC、保险丝、BMS过充/过放保护)必须在失控前切断回路。
结构安全:外壳、泄压与防接触
金属离子电池外壳耐压/泄压(B.20.1 / B.20.2)
当金属离子电芯在故障时排气(vent),外壳必须承受内部压力而不爆裂。
合规路径二选一:
| 路径 | 要求 | 适用 |
|---|---|---|
| a) 泄压开口面积 | 外壳上无阻碍开口的总面积 ≥ Table B.2 规定值 | 所有容量 |
| b) 空气注入试验 | 通过2.85mm直径孔注入Table B.3规定体积的空气,初始过压2070kPa,30s内降至<70kPa,外壳无意外破裂 | 所有容量 |
Table B.2 / B.3 泄压参数:
| 单电芯最大容量 | 最小泄压开口面积 | 空气注入体积 |
|---|---|---|
| ≤ 0.5 Ah | 20 mm² | 20 ml |
| > 0.5 ~ 1.8 Ah | 30 mm² | 30 ml |
| > 1.8 ~ 10 Ah | 50 mm² | 50 ml |
| > 10 Ah | 100 mm² | 100 ml |
工程师白话:电芯热失控时会喷出大量气体。外壳要么预留足够的"排气口"(路径a),要么做压力测试证明能承受(路径b)。对于小容量电池(<0.2Ah),做完Clause 19故障测试后目视检查即可,不用测面积或压力。
防同时接触(B.22.3 / B.22.4)
电池供电器具不采用I/II/III类防电击分类,而是采用**"防同时接触"**逻辑:确保用户无法同时触及两个导电部件,当它们之间的电压>42.4V且电流>2mA(DC)或>0.7mA peak(纹波>10%)。
测试探针:
- 探针B(IEC 61032):模拟成人手指,力≤1N,必要时增至20N
- 探针18(IEC 61032):模拟儿童手指,力≤1N,必要时增至10N
- 器具完全组装状态下测试(探针18不拆任何部件;探针B拆可拆卸部件)
绝缘材料耐压(B.22.5):
- 若绝缘材料位于导电部件1.0mm范围内,且电压>42.4V、电流>2mA/0.7mA
- 需承受750V 或 1.2×工作电压+700V(取大者),60s,无击穿
电池系统接口限制(B.22.1)
用户可触及的电池系统接口(非市电连接)不得使用:
- IEC 60320 器具耦合器
- IEC 60309-2 工业插头
- 外径≤6.5mm的桶形连接器(barrel connector)
- 直径≤3.5mm的同心连接器(IEC 60603-11)
例外:若电池系统已充分保护防止误用错误电源,则允许使用上述连接器。验证方法:用5V AC逐步升至30V(每步5min),再用10V DC逐步升至60V(每步5min),器具不得出现危险 malfunction。
工程师白话:标准在"防傻"——防止用户把笔记本电源、路由器电源等插进你的电池包,导致过压充电。要么用专用接口(非标或带识别),要么证明误插也不会出事。
元器件与电池单元合规
电池单元的双重合规路径
Annex B 对电池本身和电池单元(cell)做了区分:
| 层级 | 合规要求 | 说明 |
|---|---|---|
| 电池(Battery) | 作为器具的一部分,按IEC 60335-1整体测试 | 不强制单独符合IEC 62133 |
| 电池单元(Cell) | 必须符合IEC 62133-1(镍系)或IEC 62133-2(锂系) | B.24.1 强制要求 |
| 金属离子电池额外要求 | 还需通过IEC 62133-2:2017的7.3.8.1(振动)和7.3.8.2(机械冲击) | B.24.1 额外要求 |
工程师白话:你采购的锂电芯,供应商必须提供IEC 62133-2报告。但电池包(battery pack)本身不需要单独做IEC 62133——它作为你产品的一部分,在IEC 60335-1的型式试验中一起考核。不过,金属离子电池包额外要做振动和机械冲击试验。
开关要求(B.24.1.3)
电池器具中的开关需符合IEC 61058-1-1(机械开关)或IEC 61058-1-2(电子开关),且:
- 正常负载:至少10,000次循环
- 若开关通断堵转电流:至少50次循环
给工程师的3条实操建议
1. 电芯选型时就要拿到"充电地图"
Clause 12 的测试完全依赖电芯制造商规定的充电工作区域(SOR)。如果电芯厂只给了一个简单的"充电截止电压4.2V",没有温度-电压-电流三维曲线,你的认证实验室无法完成Clause 12测试。选型时必须索要完整的SOR数据。
2. 串联电池必须做"不平衡测试"
Clause 12 的串联不平衡测试(50% imbalance)是很多项目的"首败项"。如果BMS(电池管理系统)没有单体均衡功能,或者均衡电流太小,在反复充放电后电芯电压会越拉越开,最终在不平衡测试中某个电芯过充。建议在BMS设计中保留主动均衡或足够的被动均衡电阻。
3. 外壳泄压设计尽早验证
B.20.1/B.20.2 的泄压要求对结构设计影响大。如果采用"开口面积"路径,需要在模具设计阶段预留通气孔;如果采用"空气注入"路径,需要在手板阶段做压力验证。注意:容量<0.2Ah可豁免面积/压力测试,但仍需通过Clause 19故障测试的目视检查。