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本安電池限流電阻的參數選擇與計算

對于“ia”和“ib”保護等級,由電池供電的本質安全裝置需限制電池的輸出功率,蓄電池或原電池不加保護通常難以符合本安要求。下面介紹并舉例常見保護方式,電池串聯限流電阻,電阻的參數選擇與計算。

本安電池限流電阻的參數選擇與計算

例如,當防爆認證中的本質安全裝置選用的元件表面積≥20mm2時評定溫度組別可參考GB/T 3836.1—2021中表4的要求。即T4溫度組別,最高環境溫度為40℃時,要求最大消耗功率≤1.3W。

GB/T 3836.1—2021中表4

而考慮故障條件下,電池直接短路后輸入本質安全裝置上元件的功率又很大,此時最簡單的方式就是電池輸出口處直接串聯可靠電阻進行限制電流,從而限制功率。電池采用可靠電阻限流,則電源電路符合線性電源輸出特性。

電源電路符合線性電源輸出特性

例如,單節鋰亞硫酰氯電池,標稱電壓3.6V,最高開路電壓3.9V,假設串聯3Ω/5%/10W電阻,根據標準GB/T 3836.1—2021表4里定義,評估元件表面溫度時:

  • Imax=3.6V/[3Ω×(1-5%)]≈1.26A
  • P=1/4UI=1/4×3.6V×1.26A≈1.13W<1.3W

限流電阻的功率參考以下方法計算:

1、限流電阻的功率P應滿足:P>1.5(Io)2R

火花危險評定限流電阻功率時Io=3.9V/[3Ω×(1-5%)]≈1.37A,則PR=1.5(Io)2R=1.5×(1.37A)2×3Ω×(1+5%)≈8.87W<10W,電阻功率符合要求。

2、如果限流電阻的功率不能符合要求,可再串聯一個合適參數(即可保證本質安全裝置正常工作,又可以保護限流電阻)的熔斷器用以控制限流電阻功率。此時,限流電阻的功率P應滿足:P>1.5(1.7×In)2R(In:熔斷器的額定電流)

例如,單節鋰亞硫酰氯電池,標稱電壓3.6V,最高開路電壓3.9V,則Uo=3.9V,串聯100mA熔斷器和3Ω/5%/0.25W電阻,則PR=1.5(1.7×In)2R=1.5×(1.7×100mA)2×3Ω×(1+5%)≈0.14W<0.25W,電阻功率符合要求。

如果單個電阻壓降影響電路工作,可采用較復雜的電路分塊設計的方式,各分塊電路分別符合對應溫度組別的功率要求后,且可靠隔離即可。

備注:電池或電池組的最小內阻值,可用于本質安全評定;在規定的最低環境溫度下熔斷器的冷態電阻,可看作是可靠限流電阻。


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