HazLoc 可攜式產品應用標準解析系列之一：防爆電池要求與標示
本文旨針對使用於危險場所 (易爆環境) Division 2 / Zone 2 之可攜式產品運作核心 ── 電池產品，其所應用之防爆標準進行重點介紹，期協助產業客戶能夠建立基礎概念，以利產品在設計研發階段，即可透過我們整理的「類確認清單」先行自我評估。
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本文作者：UL 能源暨工業自動化事業部工程部資深工程專案經理 Oswald Chang
隨著用於危險場所 (易爆環境) 的防爆級可攜式產品之認證需求日益增加，為協助產業客戶建立相對應的基礎概念，我們將根據實務工程經驗，進行一系列的專文介紹。
本文即針對產品運行的核心 ── 用於 Division 2 / Zone 2 之電池，就其所應用的 HazLoc 防爆規範進行重點說明，期能協助欲進入本產品領域的產業客戶，率先掌握標準要求的輪廓以及產品運行條件，以利產品在設計研發階段，即能透過我們整理的「類確認清單」先行自我評估。
首先，我們先定義何謂「可攜式產品」(portable equipment)？
可攜式產品依其字面上的意思，是指某一設備可讓使用者以手持方式、或背/肩負方式、抑或配戴方式隨行隨用。常見的可攜式電子產品例舉如下：
- 手持式裝置：如智慧型手機、對講機、手電筒、平板電腦…等
- 背/肩負式裝置：如前背式照明燈、背負式音頻記錄器、校正器…等
- 配戴式裝置：如定位器、耳機…等
用於 Division 2 危險環境的電池要求
以下我們援用評估用於 Class I 和 II、Division 2 和 Class III、Divisions 1 和 2 危險環境的非易燃電氣設備 (Nonincendive Electrical Equipment for Use in Class I and II, Division 2 and Class III, Divisions 1 and 2 Hazardous (Classified) Locations) 之 UL 121201 標準，進行重點概述。
結構與使用要求
- 鋰成分因活性較高易成為著火源，因此當其用於可充型電池的電極材料，須有最低外殼防護等級：
- IP 54 (ANSI/IEC 60529 產品外殼機構保護等級規範) 或
- Type 3 (美國 UL 50/50E 及加拿大CAN/CSA-C22.2 No. 94.2 & 94.1電氣設備外殼標準系列)；
- 若電池安裝的位置為使用者不需工具即可移除電池或電池外蓋而可能碰觸到電池，將必須提供額外警語標示要求；
- 可攜式產品皆須考慮墜落測試，且測試前須對產品外殼進行老化測試；
- 通常不允許在危險場所 (hazardous locations) 中對電池執行充電；但若產品允許在危險場所裡充電，則須額外評估充電來源與被充電裝置的防護；
- 若有充電接頭 (charging connectors) 或充電座腳位(docking pins) 為公頭結構 (pin-half)，則須額外評估低能量電路要求(non-incendive circuit)。
標示要求
若電池安裝的地方為使用者不需工具即可移除電池或電池外蓋而可能碰觸到電池，標籤須標示該電池廠家與型號資訊，或明訂電壓 (如電壓 7.6V)、型式 (如鋰鐵電池) 與容量 (如 4770mAh)。
用於 Zone 2 危險環境的電池要求
以下則根據 HazLoc 防爆產業界普遍熟悉的 IEC/EN 60079-0 Explosive atmospheres – Part 0: Equipment – General requirements (爆炸環境 – 第 0 部分：設備 – 一般要求) 標準，進行重點說明。
結構與使用要求
- 若無特定防護型式標準規範，電芯連接型式僅允許串接型式；
- 電芯型式可分為兩大類：一次電池 (primary cell) 與二次電池(secondary cell)。他們其中最大的差異為一次電池為不可充電型態，二次電池則為可充電型態。各電芯之電極化學組成，對應標稱電壓與最大開路電壓須符合本標準；
- 電池內的所有電芯皆須有相同電化學系統、電芯設計、額定容量及相同製造商；
- 設備外殼內若有使用一次電池與二次電池的狀況，須確保沒有互換誤置的可能；
- 設備內所使用的一次電池須確保沒有被充電的可能性
- 產品設定的電池使用條件與建議，不可違反電池製造商之規定，如規格、連接使用方式、環境及安裝方法…等；
- 電池的更換需要在一般場所。若允許能在危險場所更換電池，則須評估電池連接分離機制是否符合 IEC/EN 60079 系列標準中的其它防護方式。
標示要求
當電池僅可在一般場所被更換時，須於電池外殼上或電池周邊提供標示，並應包含下列資訊：
- 電池製造商名稱；
- 電池型號；
- 警語 “Use only Model XXX manufactured by XXX”。
Zone 2 危險環境的增安型防護電池要求
根據 IEC/EN 60079-7 Explosive atmospheres – Part 7: Equipment protection by increased safety “e” (爆炸環境 – 第 7 部分：增安型 “e” 防護設備要求) 標準做重點說明。
結構與使用要求
- 電極電解化學反應過程生成氣體 (如氫氣)，不同結構的電池使用條件亦有不同：
電芯/電池型式 電芯或電池容量 注意事項 密封式 (sealed) ≤25 Ah 遵循製造商使用規定 氣閥調節式 (valve-regulated) 無限制 1. 遵循製造商使用規定
2. 電池周邊不可有在正常運作下會產生火花之零件排氣式 (vented) 無限制 1. 遵循製造商使用規定
2. 電池周邊須設計避免氣體堆積
3. 電池周邊不可有電子元件
- 電芯連接方式僅允許串接型式，若非串接型式可允許兩電芯並接型式；
- 充放電與過充放條件須符合製造商使用規定；
- 若產品之電池或電芯需在危險場所充電，充電設備本身將視為產品一部分，因此應同時評估其適用性。
標示要求
- 電池型式 (如密封型 sealed)；
- 電芯數量與標稱電壓；
- 額定容量。
Zone 2 危險環境的本安型防護電池要求
以下根據 IEC/EN 60079-11 Explosive atmospheres – Part 11: Equipment protection by intrinsic safety “i” (爆炸環境 – 第 11 部分：本安型 “i” 防護設備要求) 標準，進行重點說明。
結構與使用要求
- 電芯連接方式允許串接與並接型式，但連接結構不可影響本質安全防護；
- 電芯/電池不可有電解液洩漏情況，或者有其他隔離漏液之方式，以避免漏液影響本質安全防護；
- 電池內阻可以被用於火花測試評估；
- 若電池需於危險場所更換，電池本體需配置電流限制元件且該元件必須符合本質安全保護元件之要求；
- 電芯/電池個別之火花點燃能力與表面溫度，須經由測試或電路分析來評估適用性；
- 當電池組設計有外部充電接點，必須提供避免短路發生的裝置，或評估接點間之火花狀況。
標示要求
- 當允許使用者自行更換電池時，須標示下列警語：”WARNING – USE ONLY YYYYY BATTERIES” (YYYYY 為電池製造商名稱及電池型號)。
- 當電池僅可在一般場所被更換時，須標示下列警語：”WARNING – DO NOT REPLACE BATTERY WHEN AN EXPLOSIVE ATMOSPHERE IS PRESENT”。
- 當電池組上設計有外部充電接點，須標示下列警語： “WARNING – DO NOT CHARGE THE BATTERY IN HAZARDOUS LOCATION”。
結語
電池為可攜式產品運行的核心，其要求會因不同的防爆防護方式有所差異。因此我們建議製造商，在產品設計階段應先考量產品功能應用實際面與電池結構是否能相互匹配，以降低後續可能因為設計變更而產生的成本損失。
面對越來越多的產業需求，我們將持續鎖定 HazLoc 可攜式產品主題進行介紹。接下來，我們會深入剖析不同標準在安全性上至為關鍵的「墜落測試 (drop test) 所規範之測試方法的差異。
若對此一主題有興趣，或需要更多個別諮詢，歡迎提交諮詢表單直送需求至 HazLoc 防爆安全服務團隊了解更多。