大型鋰電池及鋰電池組運(yùn)輸?shù)膰H規(guī)則

陶海華，陳 相，趙頤晴，蔣 偉

(上海出入境檢驗檢疫局危險品與包裝檢驗鑒定中心，上海 200331)

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·討 論 會·

大型鋰電池及鋰電池組運(yùn)輸?shù)膰H規(guī)則

陶海華，陳 相，趙頤晴，蔣 偉

(上海出入境檢驗檢疫局危險品與包裝檢驗鑒定中心，上海 200331)

對大型鋰電池的國際運(yùn)輸規(guī)則進(jìn)行細(xì)化解讀，對比了大型鋰電池在安全測試條件、運(yùn)輸包裝要求和特殊規(guī)定等方面與普通鋰電池的區(qū)別，如測試樣品的數(shù)量，測試時間、加速度等參數(shù)，包裝類別及UN編號等。

大型鋰電池； 運(yùn)輸安全； 國際規(guī)則

隨著大功率電動設(shè)備的發(fā)展，特別是近年來電動汽車的興起，大型動力鋰離子電池得到迅速發(fā)展。隨著能量密度的增長，電池的運(yùn)輸安全備受關(guān)注[1]。作為危險貨物，在《聯(lián)合國關(guān)于危險貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書——規(guī)章范本》[2](以下簡稱《規(guī)章范本》)對鋰電池的國際運(yùn)輸給出了明確規(guī)定。由于自身的特點，大型鋰電池的運(yùn)輸規(guī)則有別于普通鋰電池。

本文作者按照2013年第18次修訂版《規(guī)章范本》中的規(guī)定，對大型鋰電池國際運(yùn)輸規(guī)則的特點進(jìn)行解讀。

1 鋰電池國際運(yùn)輸?shù)囊话阋?guī)則

作為危險貨物，在《規(guī)章范本》中為鋰離子電池和鋰電池分配了4個UN編號，分別為UN3090、UN3091、UN3480和UN3481，并明確規(guī)定了該類電池作為危險貨物，采用Ⅱ類包裝進(jìn)行運(yùn)輸[2]，且按照特殊規(guī)定188及230規(guī)定，電池在運(yùn)輸前，必須通過與《規(guī)章范本》配套的《聯(lián)合國關(guān)于危險貨物運(yùn)輸建議書——試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》(以下簡稱《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》，最新版本為第5版第1次修訂和第2次修訂)第38.3章(以下簡稱UN38.3)的相關(guān)檢測要求[3]。《規(guī)章范本》中的特殊規(guī)定310、376和377，分別給出了電池樣品、損壞或殘缺的電池或電池組，以及回收的電池或電池組的運(yùn)輸規(guī)定。這些情況較特殊，可能不適合進(jìn)行UN38.3測試，但相應(yīng)包裝要求，必須滿足《規(guī)章范本》第四部分第4.1章的要求[2]。

2 大電池和大電池組

《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》中將電池定義為一個單獨封裝的電化學(xué)單元(由一個正極和一個負(fù)極組成)，通過兩極對外顯示電勢差；電池組是由兩只或兩只以上電池連接起來的，并裝有必要的裝置，如外殼、電極、標(biāo)識和保護(hù)裝置等。大電池與大電池組分別定義為總質(zhì)量大于500 g的電池及總質(zhì)量大于12 kg的電池組。由于大電池或電池組的質(zhì)量更大、成本更高等原因，與小電池相比的差異主要體現(xiàn)在進(jìn)行UN38.3測試時，樣品數(shù)量要求的區(qū)別，以及測試條件的差異。

在樣品數(shù)量方面，在對鋰離子電池組進(jìn)行UN38.3測試時，大電池組的數(shù)量是小電池組的一半，具體要求見表1。

表1 鋰離子電池組UN38.3檢測樣品數(shù)量

a：UN38.3共8個檢測項目，分別為T1高度模擬、T2溫度循環(huán)、T3振動、T4沖擊、T5外短路、T6撞擊/擠壓、T7過度充電、T8強(qiáng)制放電；b：T6和T8測試的是電池組的組成電池(數(shù)量單位：只)；c：循環(huán)次數(shù)是指電池測試前所需要進(jìn)行的充放電次數(shù)。

為了模擬電池的老化過程，在進(jìn)行UN38.3測試前，電池組需要進(jìn)行充放電預(yù)處理。從表1可知，大電池組不僅是電池數(shù)量上比小電池組少，而且預(yù)處理循環(huán)次數(shù)也更少。這里的數(shù)量及循環(huán)次數(shù)的變化，只針對大型鋰離子電池組，而對于大電池(包括鋰離子電池及鋰原電池)及大鋰原電池組的要求，可在《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》38.3.3中獲得具體信息[4]。

在測試條件方面，在T2溫度循環(huán)測試中，小電池或電池組需要先在72±2 ℃的溫度下存放，接著在-40±2 ℃的溫度下存放，不同溫度的轉(zhuǎn)換時間要小于30 min，在每個溫度下的存放時間至少為6 h，如此共進(jìn)行10次循環(huán)的測試；而對于大電池或電池組，由于質(zhì)量增加，要真實地模擬溫度的影響，需要一個更長的溫度平衡時間[5]，在每一個溫度點的存放時間由6 h延長到了12 h。在T3振動測試中，電池或電池組的3個互相垂直的方向上，都要經(jīng)受以對數(shù)掃描的形式從7 Hz到200 Hz并回到7 Hz的正弦波形振動，一個周期為15 min，共進(jìn)行12次，即3 h(每一個方向)[4]。區(qū)別在于：在上述周期中的最大加速度，電池及小電池組為8 gn，而大電池組為2 gn，具體參數(shù)見圖1。

圖1 鋰電池振動圖譜Fig.1 Graph of lithium batteries vibration testing

在T4沖擊測試中，小電池及電池組需經(jīng)受最大加速度為150 gn和脈沖持續(xù)時間為6 ms的半正弦波沖擊。每個電池或電池組需要在3個互相垂直的電池安裝方位的正方向經(jīng)受3次沖擊，接著在反方向經(jīng)受3次沖擊，共18次沖擊；而考慮到大電池或電池組本身的質(zhì)量較大，經(jīng)受的最大加速度減小為50 gn，脈沖持續(xù)時間增加為11 ms，如圖2所示[2]。

圖2 鋰電池沖擊圖譜Fig.2 Graph of lithium batteries shock testing

3 電池組件

電池組件在《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》中并未給出明確的定義，但在UN38.3.3(f)中描述為：電池組件是由電池組組成的。在實際的檢測中，絕大部分的所謂大型電池組(能量從數(shù)kWh到數(shù)十kWh，甚至更大)，如電動汽車用動力電池，大型儲能設(shè)備的儲能電池等，由于能量較大，出于生產(chǎn)工藝及安全性考慮，往往不是直接由單個電池組成，而是先由電池組成電池組模塊，再通過電池組模塊的串并聯(lián)，組成最終產(chǎn)品。這種由電池組模塊組成的電池組就稱為電池組件。一般情況下，電池組件無論是能量、質(zhì)量還是體積，都比通常的大電池組大得多。針對這一特點，《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》提出了特殊的測試要求。

對于在完全充電情況下，電池負(fù)極鋰金屬總質(zhì)量不大于500 g的鋰金屬電池組件，或者能量不大于6 200 Wh的鋰離子電池組件，在組成這些電池組件的電池組通過UN38.3檢測的前提下，只需對一組電池組件進(jìn)行T3、T4及T5測試，對于鋰離子電池組件還要進(jìn)行T7的測試。另外，對于鋰離子電池組件在測試前需要進(jìn)行至少25次循環(huán)預(yù)處理。當(dāng)電池組件的參數(shù)大于上述限制(500 g、6 200 Wh)時，只要組成的電池組通過UN38.3測試，且本身具有可靠的監(jiān)控系統(tǒng)，可防止電池組件的短路，組成電池組之間的過度充電，以及電池組件的過熱、過度放電等情況，這樣的電池組件可以不需要進(jìn)行UN38.3的測試[4]。

4 設(shè)備中的鋰離子電池(組)或鋰電池(組)

隨著相關(guān)設(shè)備的發(fā)展，設(shè)備中的鋰離子電池(組)或鋰電池(組)的容量不斷提高，在性能測試方面，設(shè)備中的電池和單獨的電池是相同的(但是UN編號不同，單獨的電池為UN3090和UN3480，而設(shè)備中的電池為UN3091和UN3481)，且《規(guī)章范本》特殊規(guī)定230中指出：設(shè)備中的鋰電池進(jìn)行UN38.3測試時，只針對其中裝載的電池或電池組[6]。

伴隨著應(yīng)急供電、能源存儲的需要，各種鋰電池儲能電源應(yīng)運(yùn)而生，有些企業(yè)在檢測時會將它們當(dāng)成設(shè)備中的鋰電池進(jìn)行操作。雖然在《規(guī)則范本》及《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》中沒有對這類裝置的明確定義，但在《試驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》38.3.2.3中，在對電池組進(jìn)行定義時，注有“主要功能是為另一件設(shè)備提供動力源，通常稱為“電池組”、“電池模塊”或“電池組件”的裝置，在《規(guī)章范本》及本手冊中當(dāng)成電池組處理?！庇纱丝梢?，目前出現(xiàn)的儲能電源，雖然可能具備照明、報警等輔助功能，但主要功能仍是提供能源，仍應(yīng)作為電池組或電池組件進(jìn)行相關(guān)操作，而不是設(shè)備中的電池。

另外，在包裝要求方面，對于設(shè)備中的電池，如采用以適當(dāng)材料制造的堅固外容器包裝，對于容器的容量和用途，有足夠強(qiáng)度和相應(yīng)設(shè)計，且設(shè)備又能防止在運(yùn)輸途中意外啟動時，可不使用Ⅱ類包裝。當(dāng)大型設(shè)備足夠堅固，其中裝載的電池或電池組可得到設(shè)備本身同等程度的保護(hù)時，可在無包裝的條件下或放在貨板上進(jìn)行運(yùn)輸[7]。

5 車輛中的鋰離子電池(組)或鋰電池(組)

車輛中的鋰離子電池(組)或鋰電池(組)是一種特殊設(shè)備中的鋰電池組，因此在《規(guī)章范本》中給出了特別的條目，UN3171電池動力車輛或電池動力設(shè)備，在特殊規(guī)定360中要求，完全以鋰金屬電池組或鋰離子電池組為動力的車輛，應(yīng)按UN3171交運(yùn)[3]；但在UN3171中的電動設(shè)備卻不包括鋰電池電動設(shè)備。在特殊規(guī)定240中指出，鋰電池電動設(shè)備應(yīng)采用UN3091和UN3481交運(yùn)。為了區(qū)分車輛和設(shè)備，《規(guī)章范本》中給出了這樣的定義：車輛是指自推進(jìn)式裝置，用于運(yùn)載一個或多人，或用于運(yùn)載貨物。這類車輛的例子有電動汽車、摩托車、輕騎、三輪或四輪車輛或摩托車、電動自行車、輪椅、船只及飛機(jī)等；而設(shè)備的例子有剪草機(jī)、清潔機(jī)及航模等。另外，對于鋰電池混合動力車輛，特殊規(guī)定240中指出：應(yīng)按照UN3166燃料電池、易燃?xì)怏w動力車輛(或燃料電池、易燃液體動力車輛)進(jìn)行運(yùn)輸[8-9]。

由于這里的車輛已經(jīng)給鋰電池足夠的保護(hù)，在上述車輛的電池條款中并未規(guī)定，必須進(jìn)行UN38.3測試，且不需要進(jìn)行特殊包裝。雖然《規(guī)章范本》中未規(guī)定對這類電池進(jìn)行測試，但出于安全考慮，在可能的情況下，依然建議進(jìn)行相關(guān)的安全性測試[10]。

6 小結(jié)

用于動力系統(tǒng)，新能源資源(例如太陽能、風(fēng)能等)存儲，以及備用、應(yīng)急供電系統(tǒng)中的鋰離子電池(組)和鋰電池(組)，能量日趨變大。鑒于這些大型鋰電池的很多特性，不同于通常的電池，在國際規(guī)則中也給出了特有的規(guī)定，了解這些規(guī)定將有助于大型鋰離子電池(組)和鋰電池(組)的運(yùn)輸安全，促進(jìn)進(jìn)出口貿(mào)易的發(fā)展。

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International transportation rules of large lithium cells and lithium batteries

TAO Hai-hua，CHEN Xiang，ZHAO Yi-qing，JIANG Wei

(ShanghaiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau，InspectionandTestingDivisionofDangerousGoodsandPackaging，Shanghai200331，China)

The international transportation rules for large lithium battery were interpreted in detail，the differences of large lithium batteries and ordinary lithium batteries in condition of safety testing，provisions of packing and special provisions were compared，such as the quantities of samples，the parameters of testing time and acceleration，packing group and UN number.

large lithium battery； transportation safety； international rules

陶海華(1985-)，男，上海人，上海出入境檢驗檢疫局工程師，研究方向：危險品鋰電池檢測，本文聯(lián)系人；

上海出入境檢驗檢疫局科研項目(HK013-2015)

TM911.24，TM912.9

A

1001-1579(2015)06-0329-03

2015-08-07

陳 相(1977-)，男，浙江人，上海出入境檢驗檢疫局高級工程師，研究方向：危險品分類鑒定；

趙頤晴(1985-)，女，上海人，上海出入境檢驗檢疫局助理工程師，研究方向：危險品分類鑒定；

蔣 偉(1969-)，男，上海人，上海出入境檢驗檢疫局研究員，研究方向：危險品及其包裝檢驗鑒定。