DSH 384（IEC 60950-1）锂电池保护之功能绝缘短路

文前提示：本文解读含大量个人偏见，勿直接对号入座，请保持清醒思考。

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).

问题：

电池安全要求需要双重保护，以防止可能产生危险的强制反向充电或强制放电。通常认为使用电阻器、二极管或 IC 的串联组合是合适的。然而，对相近线路提出了一个新的考虑，这些线路仅由功能绝缘隔开，在单一短路故障条件下，它将绕过串联的保护装置并为可充电或不可充电电池提供充电电流。这是否意味着因此需要加强绝缘？

决定：

由于不存在电击危险，功能绝缘被认为是合适的。

功能绝缘的电气间隙和爬电距离应注意确定必须使用表中哪一列的间隙和爬电距离（必须考虑瞬态过电压）。

大侠提示：

1、决议针对IEC60950 2nd版本，条款内容与最新标准存在差异，故而不翻译条款内容，有兴趣的朋友请自行阅读，本文仅体现决议大意和大侠个人观点；

2、决议认为电池外围的充放电电路间绝缘属于功能绝缘，距离不够者允许短路。

序号2没有争议，但大侠考虑以下两个问题：

一、按电池条款中的5项试验，明文规定是“电池仅承受可能发生的任何单一元器件故障”，其一是仅承受（单次故障），其二是元器件故障（非线路）。功能绝缘短路是否可以归类到电池条款的5项试验中？

二、设备为电池设置了双重保护，直接短路线路而旁路双重保护是否合适？在功能绝缘短路后，是否应该再进行电池条款的5项试验？

个人理解（以GB 4943.1-2011为例）：

4.3.8规定

“使用电池的设备在设计上应当保证在正常条件下和设备中出现单一故障（见1.4.14）、包括设备电池组件内电路的故障后，能减少着火、爆炸和化学泄漏的危险”

1.4.14规定

“当设置某一故障时，这个单一故障包括任何绝缘（双重绝缘或加强绝缘除外）或任何元器件（双重绝缘或加强绝缘的元器件除外）的失效。只有5.3.4c）有要求时，才模拟功能绝缘的失效”

5.3.4c）规定

“爬电距离和电气间隙由于短路而引起如下情况时短路：

任何材料过热而引起着火的危险，除非这种可能过热的材料是V-1级材料；或

基本绝缘、附加绝缘或加强绝缘的热损坏，由此而产生电击危险”

假设1：完全无保护的电芯

经受4.3.8条款试验中的最后一项超放电速率，即极端过载或短路，由于不存在保护装置，可能导致电池爆炸或泄漏或起火，不满足要求，因此完全无保护的电芯不允许使用

假设2：自带CID/PTC保护的电池，或保护电路板的电池包

试验对充放电电路或负载电路设置故障，由于电池自身带有保护装置，在保护装置承受范围内，一般不会出现危险

假设3：电芯无保护，保护装置安装在线路板上

保护装置线路属于功能绝缘，距离过近允许短路，短路使得保护装置失效，此时可能出现强制反向充电（加速放电）或强制放电（短路），对于无保护电芯而言，变成了假设1的情况，依然存在危险

基于每次仅承受单一故障的原则，如果先短路功能绝缘后再进行4.3.8的故障试验，变成双重故障，大侠认为不妥，过于严酷（由于漏电起痕或外物侵入或导体触碰导致两处同时短路的可能性很低）。然而似乎在手机电池相关检测中，针对此类问题又是如此执行的。怎么回事呢？还是得从标准考核角度入手

4.3.8电池的5项试验，分别是

1、可充电电池的过压充电

2、可充电电池的过流充电

3、不可充电电池的意外充电

4、可充电电池的反向充电

5、任何电池的超速放电

这5项试验涵盖了一个电池可能面临的各种问题。电池外围可能具备双重或多重保护，假设移除所有外部保护，那么电池自身的保护装置即为最终的保护装置，属于最不利情况。在此基础上叠加任何保护，只会向好，不会向坏

通过上述自论和假设，得到下述结论：

1、电芯应当具备自身保护，至少要有PTC保护

2、保护装置所处的线路不满足功能绝缘距离要求，可以设置短路

3、大侠坚持（注意啊，是偏见！）：

如果设置某个线路的功能绝缘短路，只要等效于4.3.8中任一故障试验状态，则不在其基础上进行新一轮故障。考量是不允许双重故障并已到达标准考核目的；若未等效于4.3.8中任一故障试验状态则在其基础上进行设置新一轮故障以达到最不利结果。4.3.8任一故障试验状态均可在未达到不利结果的功能绝缘短路基础上再进行设置。

如果设置某个元器件的功能绝缘短路，只要等效于4.3.8中任一故障试验状态，则不在其基础上进行新一轮故障。考量是4.3.8条款仅允许单一元器件故障并已达到标准考核目的；若未等效于4.3.8中任一故障状态则将该故障写入5.3条款。之后在正常状态下设置新一轮故障以达到4.3.8的任一故障试验状态的最不利结果。

点击下方名片，关注“朱大侠的质检江湖”微信公众号，一起来研究安规吧~