鋰離子電池國(guó)標(biāo)GB 31241-2014與民航運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1052-2013的比較

董利奎，楊　強(qiáng)(中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院，北京100028)

鋰離子電池國(guó)標(biāo)GB 31241-2014與民航運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1052-2013的比較

董利奎，楊強(qiáng)
(中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院，北京100028)

介紹了國(guó)標(biāo)GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》與我國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1052-2013《航空運(yùn)輸鋰電池測(cè)試規(guī)范》的主要內(nèi)容，對(duì)二者的實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果要求進(jìn)行了詳細(xì)的比較。雖然GB 31241通過(guò)設(shè)置更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)更全面地對(duì)鋰電池和鋰電池組進(jìn)行測(cè)試，以保證鋰電池的安全，但是該標(biāo)準(zhǔn)在樣品數(shù)量、實(shí)驗(yàn)條件等方面與MH/T 1052存在一定差異，因此在航空運(yùn)輸中，鋰離子電池和電池組仍需滿(mǎn)足MH/T 1052的相關(guān)要求。

GB 31241；MH/T 1052；鋰電池；航空運(yùn)輸；標(biāo)準(zhǔn)

隨著鋰電池生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和電子產(chǎn)品的普及，鋰電池在人們的生活中變得越來(lái)越重要。與此同時(shí)，由于鋰電池自身的特性，有可能會(huì)發(fā)生起火、爆炸等不安全事件，其安全隱患也逐漸引起了人們對(duì)于鋰電池安全的擔(dān)憂(yōu)。由于鋰電池的安全涉及物理、化學(xué)、材料、加工等多個(gè)行業(yè)，與生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)，解決鋰電池的安全問(wèn)題涉及的領(lǐng)域多、難度大，因此鋰電池的安全問(wèn)題成為了困擾鋰電池行業(yè)健康發(fā)展的難題。

國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2014年12月5日正式發(fā)布了GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》[1]，該標(biāo)準(zhǔn)由工業(yè)和信息化部提出，作為國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，于2015年8月1日正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)關(guān)注不超過(guò)18 kg電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組的安全要求[2]，這些要求同樣適用于“充電寶”所選用的鋰離子電池和電池組。標(biāo)準(zhǔn)的制訂參考了國(guó)內(nèi)外眾多的鋰電池標(biāo)準(zhǔn)[3]，該標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)有利于治理目前鋰離子電池生產(chǎn)質(zhì)量良莠不齊的亂象，提高鋰離子電池和電池組的安全。

鋰電池和電池組的安全包括使用安全和運(yùn)輸安全。與用戶(hù)使用的單個(gè)鋰電池相比，集中運(yùn)輸?shù)匿囯姵財(cái)?shù)量更多、安全隱患更大，因此鋰電池和電池組的運(yùn)輸安全也一直是運(yùn)輸管理部門(mén)的關(guān)注重點(diǎn)。尤其是隨著電子商務(wù)的迅速發(fā)展和全球貿(mào)易的不斷進(jìn)步，要求物流鏈越來(lái)越快捷高效，利用飛機(jī)運(yùn)輸?shù)匿囯姵丶昂袖囯姵氐碾娮赢a(chǎn)品越來(lái)越多，對(duì)于航空運(yùn)輸安全的威脅越來(lái)越大。目前，對(duì)于鋰電池起火缺乏有效的滅火手段，單個(gè)起火的鋰電池極易發(fā)生熱傳遞引燃附近的其他鋰電池，加上航空運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕坏╀囯姵卦陲w機(jī)上起火或爆炸，將很可能導(dǎo)致航空安全事故。

我國(guó)民航部門(mén)于2013年制訂并頒布了中華人民共和國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1052-2013《航空運(yùn)輸鋰電池測(cè)試規(guī)范》，為鋰電池的安全航空運(yùn)輸提供指導(dǎo)。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)民用航空局運(yùn)輸司提出，中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院(中國(guó)民用航空局航空安全技術(shù)中心)負(fù)責(zé)起草，中國(guó)民用航空局發(fā)布，于2013年5月1日正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)制訂過(guò)程中參考了IATA《危險(xiǎn)品規(guī)則》、聯(lián)合國(guó)《關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書(shū)——實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》以及中國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1020《鋰電池航空運(yùn)輸規(guī)范》等國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定，吸取了航空公司、危險(xiǎn)品運(yùn)輸條件鑒定機(jī)構(gòu)以及民航管理機(jī)構(gòu)的意見(jiàn)。該標(biāo)準(zhǔn)符合我國(guó)國(guó)情，并且滿(mǎn)足國(guó)際、國(guó)內(nèi)航空運(yùn)輸安全的需要。

1 GB 31241與MH/T 1052介紹

1.1GB 31241簡(jiǎn)介

GB 31241將所有的測(cè)試內(nèi)容分成了實(shí)驗(yàn)條件、一般安全要求、環(huán)境實(shí)驗(yàn)、電安全實(shí)驗(yàn)、電池保護(hù)電路安全要求和系統(tǒng)保護(hù)電路安全要求共6項(xiàng)，如表1所示。其中，針對(duì)電池和電池組安全共提出了13項(xiàng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)和11項(xiàng)電安全實(shí)驗(yàn)。在13項(xiàng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)中，電池和電池組都需要分別完成其中9項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在11項(xiàng)電安全實(shí)驗(yàn)中，電池和電池組分別需要完成其中的4項(xiàng)和7項(xiàng)。此外，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)電池組保護(hù)電路安全和系統(tǒng)保護(hù)電路安全分別提出了6項(xiàng)和5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于電池的一致性，國(guó)標(biāo)雖然有所指出，但是并沒(méi)有提出具體的要求。

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可以看出，GB 31241在電池、電池組、電池保護(hù)電路和系統(tǒng)保護(hù)電路等多個(gè)方面提出了測(cè)試要求，以便多方位考察鋰離子電池和電池組的安全性能。

1.2MH/T 1052簡(jiǎn)介

MH/T 1052《航空運(yùn)輸鋰電池測(cè)試規(guī)范》中規(guī)定的測(cè)試內(nèi)容包括電池和電池組測(cè)試以及包裝件測(cè)試兩個(gè)部分。通常情況下，所有航空運(yùn)輸?shù)匿囯姵睾碗姵亟M都需要通過(guò)電池和電池組測(cè)試，如果包裝件中有單獨(dú)放置的低能量鋰電池或鋰電池組，還需要通過(guò)包裝件測(cè)試。規(guī)范中電池和電池組的測(cè)試主要是以UN 38.3為基礎(chǔ)，設(shè)置了高度模擬實(shí)驗(yàn)、溫度實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)、沖擊、外部短路、撞擊和擠壓、過(guò)度充電和強(qiáng)制放電共8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。包裝件測(cè)試主要是1.2 m跌落實(shí)驗(yàn)。表2為MH/T 1052測(cè)試項(xiàng)目。

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MH/T 1052作為民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注重點(diǎn)是鋰電池的航空運(yùn)輸安全，在制訂時(shí)充分考慮了航空運(yùn)輸國(guó)際化的特點(diǎn)，吸收了UN 38.3作為標(biāo)準(zhǔn)編制的基礎(chǔ)，并提出了包裝件的測(cè)試要求。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于保障鋰電池的航空運(yùn)輸安全具有重要作用，并對(duì)鋰電池的其他運(yùn)輸方式具有參考價(jià)值。

2 GB 31241與MH/T 1052比較

GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》在關(guān)注用戶(hù)使用安全的同時(shí)，也著力關(guān)注鋰離子電池和電池組的運(yùn)輸安全，不過(guò)，該部標(biāo)準(zhǔn)與民航運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1052在具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)條件上仍然存在一定的差異。

2.1電池和電池組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較

MH/T 1052將電池和電池組的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分成了8項(xiàng)，模擬了在航空運(yùn)輸中可能出現(xiàn)的氣壓降低、溫度變化、機(jī)械振動(dòng)、撞擊擠壓等情況，觀察在這些情況下電池和電池組的反應(yīng)，還考察了發(fā)生外部短路、過(guò)度充電和強(qiáng)制放電過(guò)程對(duì)電池安全性的影響。在GB 31241中，主要在環(huán)境實(shí)驗(yàn)和電安全實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)電池和電池組在不同運(yùn)輸環(huán)境和充放電行為下的表現(xiàn)進(jìn)行考察，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比較列于表3中。

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從表3中可以看出，每一項(xiàng)考察內(nèi)容上MH/T 1052和GB 31241都有相同或近似的測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)于某些考察內(nèi)容，GB 31241設(shè)置了更多的測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)鋰電池或鋰電池組的安全性能進(jìn)行更為全面的測(cè)試。

2.1.1高度模擬

GB 31241和MH/T 1052對(duì)于空運(yùn)中會(huì)出現(xiàn)的低氣壓運(yùn)輸條件進(jìn)行了模擬，都是將電池或電池組放置在真空箱中一段時(shí)間，二者設(shè)置的具體測(cè)試條件和結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)也比較一致，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)電池或電池組有無(wú)起火、爆炸、漏液等現(xiàn)象來(lái)判斷是否通過(guò)測(cè)試。不同的是，MH/T 1052還規(guī)定，與實(shí)驗(yàn)前相比，測(cè)試電池或電池組在實(shí)驗(yàn)后的開(kāi)路電壓壓降不得超過(guò)10％。

2.1.2溫度實(shí)驗(yàn)

對(duì)于溫度實(shí)驗(yàn)，GB 31241和MH/T 1052的設(shè)置條件也比較接近，都需要在－40～75℃的溫度范圍內(nèi)循環(huán)10次，每次都在最高溫度和最低溫度分別保持6 h。不同的是，GB 31241對(duì)電池和電池組分別增加了熱濫用測(cè)試和高溫使用測(cè)試。在電池的熱濫用測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)箱的溫度需要達(dá)到(130±2)℃并保持一定時(shí)間；對(duì)于電池組的高溫使用實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)箱溫度則需要至少達(dá)到80℃并保持一段時(shí)間。GB 31241這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置的溫度要求更為苛刻。

2.1.3振動(dòng)實(shí)驗(yàn)

MH/T 1052的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)條件是利用正弦振動(dòng)測(cè)試的方法，在3個(gè)互相垂直的方向上依次進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)方向進(jìn)行12個(gè)循環(huán)，各計(jì)3 h。在GB 31241中，對(duì)方型和軟包電池按照3個(gè)互相垂直的方向依次進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)圓柱型和紐扣型電池只需要在軸向和徑向兩個(gè)方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在具體的對(duì)數(shù)掃頻參數(shù)設(shè)置上，MH/T 1052將超過(guò)12 kg大電池組的峰值加速度降低到了2 gn(約25 Hz)，然后保持2 gn的加速度直到頻率增加到200 Hz。

2.1.4沖擊實(shí)驗(yàn)

GB 31241和MH/T 1052都通過(guò)半正弦脈沖沖擊的方法模擬運(yùn)輸過(guò)程中有可能發(fā)生的沖擊，來(lái)考察電池和電池組在沖擊作用下的安全性。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中脈沖沖擊的峰值加速度均為150 gn，持續(xù)時(shí)間均為6 ms。不同的是，MH/T 1052將大型電池和電池組的峰值加速度降低到50 gn，持續(xù)時(shí)間升高到11 ms，并且對(duì)于所有的電池和電池組，均在樣品3個(gè)垂直的正負(fù)方向各沖擊3次，整個(gè)實(shí)驗(yàn)中電池和電池組總共沖擊18次。而GB 31241對(duì)方型和軟包裝電池和電池組在3個(gè)垂直的方向上各進(jìn)行3次沖擊，對(duì)于圓柱型和紐扣型電池只需要在軸向和徑向兩個(gè)方向上各進(jìn)行3次沖擊，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

2.1.5外部短路

對(duì)于外部短路實(shí)驗(yàn)，MH/T 1052中電池和電池組設(shè)置的溫度條件一樣，都是(55±2)℃。GB 31241在對(duì)電池進(jìn)行外部短路測(cè)試時(shí)，設(shè)置了常溫和高溫兩個(gè)條件，其中高溫的溫度條件為(55±2)℃，常溫的溫度條件為(20±5)℃，對(duì)于電池組，GB 31241只需要在環(huán)境溫度下進(jìn)行外部短路實(shí)驗(yàn)即可。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的判定，MH/T 1052要求電池或電池組的外殼溫度不得超過(guò)170℃，而GB 31241要求不得超過(guò)150℃。從實(shí)驗(yàn)條件上來(lái)看，對(duì)于電池來(lái)說(shuō)，二者的實(shí)驗(yàn)條件較為一致，GB 31241還增加了常溫下的外部短路實(shí)驗(yàn)，對(duì)于溫度的要求也更為嚴(yán)格，對(duì)于電池組來(lái)說(shuō)，MH/T 1052設(shè)置的測(cè)試條件更為苛刻。

2.1.6撞擊、擠壓實(shí)驗(yàn)

撞擊和擠壓是在運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的情況。在MH/T 1052中，直徑大于18 mm的圓柱形電池需要完成撞擊實(shí)驗(yàn)，直徑小于18 mm的圓柱形電池以及棱柱形、袋形和紐扣形電池則需要完成擠壓實(shí)驗(yàn)。GB 31241要求所有電池都要完成跌落、擠壓和重物沖擊三個(gè)實(shí)驗(yàn)，電池組則只需要完成跌落實(shí)驗(yàn)。MH/T 1052的撞擊實(shí)驗(yàn)與GB 31241的重物沖擊實(shí)驗(yàn)的條件和要求較為一致。二者的擠壓實(shí)驗(yàn)條件也比較接近，不同的是MH/T 1052要求電池的外部溫度不能超過(guò)170℃，并在6 h內(nèi)不能起火。跌落實(shí)驗(yàn)是GB 31241中電池和電池組都要開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓滿(mǎn)電的電池或電池組從1.0或者1.5 m的高度自由落體跌落于混凝土板上。

2.1.7過(guò)充電

MH/T 1052只需要對(duì)電池組進(jìn)行過(guò)充實(shí)驗(yàn)，GB 31241除對(duì)電池進(jìn)行過(guò)充實(shí)驗(yàn)外，還需要對(duì)電池組進(jìn)行過(guò)壓充電和過(guò)流充電兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。MH/T 1052規(guī)定的過(guò)充條件是將充電電流增加到最大連續(xù)充電電流的兩倍，并持續(xù)充電24 h。GB 31241對(duì)電池的過(guò)充實(shí)驗(yàn)是使用高于制造商推薦充電電流限值的電流對(duì)電池進(jìn)行充電，然后維持標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電壓進(jìn)行恒壓充電，對(duì)于電池組的過(guò)壓充電是以最大充電電流將電壓充至一定的電壓值，然后維持該電壓進(jìn)行恒壓充電，對(duì)于過(guò)流充電是以1.5倍的過(guò)流充電保護(hù)電流進(jìn)行恒流充電?？梢钥闯?，GB 31241對(duì)于過(guò)充電設(shè)置的實(shí)驗(yàn)更多，而MH/T 1052的實(shí)驗(yàn)時(shí)間更長(zhǎng)。

2.1.8強(qiáng)制放電

MH/T 1052只要求電池完成強(qiáng)制放電實(shí)驗(yàn)。強(qiáng)制放電通過(guò)串連至12 V的直流電源進(jìn)行，初始電流為生產(chǎn)商規(guī)定的最大放電電流，放電時(shí)間為額定容量除以初始電流。GB 31241也要求電池進(jìn)行強(qiáng)制放電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)使用1 CA電流反向充電90 min。GB 31241還要求電池組進(jìn)行欠壓放電、過(guò)載和反向充電實(shí)驗(yàn)。欠壓放電是以最大放電電流恒流放電，過(guò)載是以1.5倍的過(guò)流放電保護(hù)電流恒流放電，反向充電是以推薦充電電流反向充電。GB 31241通過(guò)更多的強(qiáng)制放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試在不同的放電方式下電池組的安全性能。

2.2實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)目比較

除了具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上有所差別外，MH/T 1052和GB 31241在實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)目上也不一致。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，完成MH/T 1052所有的電池實(shí)驗(yàn)共需要40個(gè)電池樣品，完成所有的電池組實(shí)驗(yàn)需要8個(gè)電池組樣品和20個(gè)組成電池芯樣品。GB 31241完成所有電池實(shí)驗(yàn)總共需要27個(gè)電池樣品，完成電池組實(shí)驗(yàn)需要33個(gè)樣品。

3 結(jié)論

GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》融合了IEC、UL、UN等眾多測(cè)試方法的特點(diǎn)，通過(guò)眾多的測(cè)試項(xiàng)目來(lái)保障鋰離子電池和電池組的安全。MH/T 1052作為民航的運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，專(zhuān)門(mén)關(guān)注鋰電池的航空運(yùn)輸安全，該標(biāo)準(zhǔn)以國(guó)際上航空運(yùn)輸?shù)慕y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)UN 38.3為基礎(chǔ)，考慮了國(guó)內(nèi)外的實(shí)際情況。通過(guò)上面的分析可以看出，GB 31241與MH/T 1052在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中的條件和要求都比較一致；GB 31241還通過(guò)設(shè)置充電和放電的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)測(cè)試電池保護(hù)電路和系統(tǒng)保護(hù)電路的電安全，MH/T 1052通過(guò)1.2 m跌落實(shí)驗(yàn)對(duì)整個(gè)鋰電池包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的包裝性能進(jìn)行了檢測(cè)；此外GB 31241和MH/T 1052在實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)量、某些項(xiàng)目的具體測(cè)試條件等方面存在一定差異?？偟膩?lái)說(shuō)，GB 31241的頒布實(shí)施對(duì)于提高鋰離子電池和電池組的安全具有積極作用，但是，當(dāng)鋰離子電池和電池組進(jìn)入航空運(yùn)輸環(huán)節(jié)時(shí)，仍需滿(mǎn)足MH/T 1052的相關(guān)要求。

[1]楊剛.鋰離子電池安全國(guó)標(biāo)宣貫會(huì)召開(kāi)，首批企業(yè)獲頒強(qiáng)制國(guó)標(biāo)認(rèn)證證書(shū)[J].標(biāo)準(zhǔn)生活，2015(1)：8.

[2] 何鵬林，郭子綺，孫建波.鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)GB 31241-2014淺析[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報(bào)，2015(3)：26-29.

[3]何鵬林，王黎雯.《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》解析[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2015(3)：37-40.

Inter-comparison of lithium battery national standard GB 31241-2014 and civil aviation transport standard MH/T 1052-2013

DONG Li-kui,YANG Qiang
(China Academy of Civil Aviation Science and Technology,Beijing 100028,China)

GB 31241-2014 Lithium ion cells and batteries were used in portable electronic equipment.Safety requirements and MH/T 1052-2013 tests for lithium batteries transported by air were introduced and the test conditions and criteria were inter-compared in details.GB 31241 set up more tests for lithium cells and lithium batteries to determine the safety of lithium batteries,but it differed with MH/T 1052 in the sample numbers and test conditions,so lithium cells and batteries should meet the requirements of MH/T 1052 when transported by air.

GB 31241;MH/T 1052;lithium battery;transport by air;standard

TM 912

A

1002-087 X(2016)01-0221-04

2015-06-10

董利奎(1960—)，男，遼寧省人，學(xué)士，主要研究方向?yàn)楹娇者\(yùn)輸管理。