对于“ia”和“ib”保护等级,由电池供电的本质安全装置需限制电池的输出功率,蓄电池或原电池不加保护通常难以符合本安要求。
下面介绍并举例常见保护方式,电池串联限流电阻,电阻的参数选择与计算。
例如,当本质安全装置选用的元件表面积≥20mm2时评定温度组别可参考GB/T3836.1—2021中表4的要求。即T4温度组别,Zui高环境温度为40℃时,要求Zui大消耗功率≤1.3W。
而考虑故障条件下,电池直接短路后输入本质安全装置上元件的功率又很大,此时Zui简单的方式就是电池输出口处直接串联可靠电阻进行限制电流,从而限制功率。电池采用可靠电阻限流,则电源电路符合线性电源输出特性。
例如,单节锂亚硫酰氯电池,标称电压3.6V,Zui高开路电压3.9V,假设串联3Ω/5%/10W电阻,根据标准GB/T3836.1—2021表4里定义,评估元件表面温度时:
Imax=3.6V/[3Ω×(1-5%)]≈1.26A
P=1/4UI=1/4×3.6V×1.26A≈1.13W<1.3W
限流电阻的功率参考以下方法计算:
1、限流电阻的功率P应满足:P>1.5(Io)2R
火花危险评定限流电阻功率时Io=3.9V/[3Ω×(1-5%)]≈1.37A,则
PR=1.5(Io)2R=1.5×(1.37A)2×3Ω×(1+5%)≈8.87W<10W,电阻功率符合要求。
2、如果限流电阻的功率不能符合要求,可再串联一个合适参数(即可保证本质安全装置正常工作,又可以保护限流电阻)的熔断器用以控制限流电阻功率。此时,限流电阻的功率P应满足:
P>1.5(1.7×In)2R(In:熔断器的额定电流)
例如,单节锂亚硫酰氯电池,标称电压3.6V,Zui高开路电压3.9V,则Uo=3.9V,串联100mA熔断器和3Ω/5%/0.25W电阻,则
PR=1.5(1.7×In)2R=1.5×(1.7×100mA)2×3Ω×(1+5%)≈0.14W<0.25W,电阻功率符合要求。
如果单个电阻压降影响电路工作,可采用较复杂的电路分块设计的方式,各分块电路分别符合对应温度组别的功率要求后,且可靠隔离即可。
备注:
电池或电池组的Zui小内阻值,可用于本质安全评定;
在规定的Zui低环境温度下熔断器的冷态电阻,可看作是可靠限流电阻。