聚焦防爆 | 防爆级可携带式产品应用标准：防爆电池的要求与标识

2022年7月14日

对于应用于危险场所（HazLoc易爆环境）的防爆级可携带式产品的认证需求日益增加，为助力行业客户建立相应的基础概念，我们将根据实践工程经验，进行一系列的专题介绍。

本文旨在针对产品运行的核心──用于 Division 2 / Zone 2 的电池，就其所应用的 HazLoc 防爆规范进行重点说明，希望能协助正在寻求进入本产品领域途径的产业客户，率先掌握标准要求的轮廓以及产品运行条件，从而有利于您在产品设计研发阶段通过我们整理的“类确认列表”先行进行自我评估。

首先，我们先定义何为“可携带式产品”(portable equipment)？

可携带式产品以其字面上的意思，通常是指某一设备可让用户以手持方式、背/肩负方式或配戴方式来进行随行随用的行为。

常见的可携带式电子产品例举如下：

手持式装置：如智能手机、对讲机、手电筒、平板电脑…等
背/肩负式装置：如前背式照明灯、背负式音频纪录器、校正器…等
配戴式装置：如定位器、耳机…等

一、用于 Division 2 危险环境的电池要求

以下我们使用 UL 121201 标准（评估用于 Class I 和 II、Division 2 和 Class III、Divisions 1 和 2 危险环境的非易燃电气设备（Nonincendive Electrical Equipment for Use in Class I and II, Division 2 and Class III, Divisions 1 and 2 Hazardous (Classified) Locations) ），进行重点概述。

结构与使用要求

锂成分因活性较高易成为点火源，因此当其用于可充型电池的电极材料，需满足最低外壳防护等级要求：
- IP 54 (ANSI/IEC 60529 产品外壳机构保护等级规范) 或
- Type 3 (美国 UL 50/50E 及加拿大 CAN/CSA-C22.2 No. 94.2 & 94.1 电气设备外壳标准系列)；
若电池安装的地方为用户不需工具即可移除电池或电池外盖而接触到电池，则必须有额外警语标识要求；
可携带式产品皆须考虑跌落测试，且测试前须对产品外壳进行老化测试；
通常不允许在危险场所 (hazardous locations) 中对电池执行充电；但假若产品允许在危险场所里充电，即需额外评估充电来源与被充电装置的防护；
若有充电接头 (charging connectors) 或充电座脚位 (docking pins) 为公头结构 (pin-half)，则需额外评估低能量电路要求 (non-incendive circuit)。

标识要求

若电池安装的地方为用户不需工具即可移除电池或电池外盖而接触到电池，标签须标注该电池厂家与型号信息，或标称电压（如电压 7.6V）、型式（如锂铁电池）与容量（如 4770mAh）。

二、用于 Zone 2 危险环境的电池要求

以下则根据 HazLoc 防爆产业界普遍熟悉的 IEC/EN 60079-0 Explosive atmospheres – Part 0: Equipment – General requirements (爆炸环境 – 第 0 部分：设备 – 一般要求）标准，进行重点说明。

结构与使用要求

若无特定防护型式标准规范，电芯连接型式仅允许串联；
电芯型式可分为两大类：一次电池 (primary cell) 与二次电池 (secondary cell)。他们其中最大的差异为一次电池为不可充电型态，二次电池则为可充电型态。各电芯的电极化学组成，对应标称电压与最大开路电压需符合本标准；
电池内的所有电芯皆需有相同电化学系统、电芯设计、额定容量及相同制造商；
设备外壳内若有使用一次电池与二次电池的状况，需确保没有互换误置的可能；
设备内所使用的一次电池需确保没有被充电的可能性；
产品设定的电池使用条件与建议，不可违反电池制造商的规定，如规格、连接使用情况、环境及安装方法…等；
电池的更换需要在一般场所。若允许能在危险场所更换电池，则需要评估电池连接分离机制是否符合其他 IEC/EN 60079 系列标准中的防护方式。

标识要求

当电池仅可在一般场所被更换时，标识需于电池外壳上或电池周边提供，并应包含下列信息：

电池制造商名称；
电池型号；
警语“Use only Model XXX manufactured by XXX”。

三、Zone 2 危险环境的增安型防护电池要求

根据 IEC/EN 60079-7 Explosive atmospheres – Part 7: Equipment protection by increased safety "e" (爆炸环境 – 第 7 部分：增安型 “e” 防护设备要求) 标准做重点说明。

结构与使用要求
1. 电极电解化学反应过程生成气体（如氢气），不同结构的电池使用条件亦有不同：

电池芯/电池类型	电芯或电池容量	注意事项
密封式 (sealed)	≤25 Ah	遵循制造商使用规定
气阀调节式(valve-regulated)	无限制	遵循制造商使用规定电池周边不可有在正常运作下会产生火花的零件
排气式 (vented)	无限制	遵循制造商使用规定电池周边需设计避免气体堆积电池周边不可有电子元件

1. 电芯连接方式应为串联，但也可允许两个电芯在没有其他电池串联的特殊情况下并联；
2. 充放电与过充放条件需符合制造商使用规定；
3. 若产品的电池或电芯需在危险场所充电，充电设备本身将视为产品一部分，因此应同时评估其适用性。
标识要求

电池类型 (如密封型 sealed) ；
电芯数量与标称电压；
额定容量。

四、Zone 2 危险环境的本安型防护电池要求

以下根据 IEC/EN 60079-11 Explosive atmospheres –Part 11: Equipment protection by intrinsic safety "i" (爆炸环境 – 第 11 部分：本安型 “i” 防护设备要求) 标准，进行重点说明。

结构与使用要求

电芯连接方式允许串联与并联型式，但连接结构不可影响本质安全防护；
电芯/电池不可有电解液泄漏情况，或者有其他隔离漏液的方式，以避免漏液影响本质安全防护；
电池内阻可以被使用于火花测试评估；
若电池需于危险场所更换，电池本体需配置电流限制元件且该组件必须符合本质安全保护组件的要求；
电芯/电池个体的火花点燃能力与表面温度需经由测试或电路分析来评估适用性；
当电池组设计有外部充电接点，必须提供避免短路发生的装置，或评估接点间的火花状况。

标识要求

当允许用户自行更换电池时，须标注下列警语：“WARNING – USE ONLY YYYYY BATTERIES” (YYYYY 为电池制造商名称及电池型号)。
当电池仅可在一般场所被更换时，须标注下列警语：“WARNING – DO NOT REPLACE BATTERY WHEN AN EXPLOSIVE ATMOSPHERE IS PRESENT” 。
当电池组上设计有外部充电接点，须标注下列警语： “WARNING – DO NOT CHARGE THE BATTERY IN HAZARDOUS LOCATION” 。

电池为可携带式产品运行的核心，而其要求也会因不同的防爆防护方式有所差异，因此我们在这里建议制造商，在产品设计阶段应先考量产品功能应用实际面与电池结构是否能相互匹配，以降低后续可能因为设计变更而产生的成本损失与机率。

我们也会持续锁定 HazLoc 可携带式产品主题，下期将深入剖析不同标准针对在安全上至关重要的跌落测试 (drop test) 所规范的测试方法的差异。

注：本文为参考之用，作者为UL 能源暨工业自动化事业部工程部资深工程项目经理Oswald Chang，若您对文章描述或内容有任何意见或者建议，请邮件联系oswald.chang@ul.com。