大型鋰電池及鋰電池組運輸的國際規則

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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大型鋰電池及鋰電池組運輸的國際規則

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輸規則進行細化解讀，對比了大型鋰電池在安全測試條件、運輸包裝要求和特殊規定等方面與普通鋰電池的區別，如測試樣品的數量，測試時間、加速度等參數，包裝類別及UN編號等。

大型鋰電池； 運輸安全； 國際規則

隨著大功率電動設備的發展，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展。隨著能量密度的增長，電池的運輸安全備受關注[1]。作為危險貨物，在《聯合國關于危險貨物運輸的建議書——規章范本》[2](以下簡稱《規章范本》)對鋰電池的國際運輸給出了明確規定。由于自身的特點，大型鋰電池的運輸規則有別于普通鋰電池。

本文作者按照2013年第18次修訂版《規章范本》中的規定，對大型鋰電池國際運輸規則的特點進行解讀。

1 鋰電池國際運輸的一般規則

作為危險貨物，在《規章范本》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，并明確規定了該類電池作為危險貨物，采用Ⅱ類包裝進行運輸[2]，且按照特殊規定188及230規定，電池在運輸前，必須通過與《規章范本》配套的《聯合國關于危險貨物運輸建議書——試驗與標準手冊》(以下簡稱《試驗與標準手冊》，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)的相關檢測要求[3]。《規章范本》中的特殊規定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輸規定。這些情況較特殊，可能不適合進行UN38.3測試，但相應包裝要求，必須滿足《規章范本》第四部分第4.1章的要求[2]。

2 大電池和大電池組

《試驗與標準手冊》中將電池定義為一個單獨封裝的電化學單元(由一個正極和一個負極組成)，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、標識和保護裝置等。大電池與大電池組分別定義為總質量大于500 g的電池及總質量大于12 kg的電池組。由于大電池或電池組的質量更大、成本更高等原因，與小電池相比的差異主要體現在進行UN38.3測試時，樣品數量要求的區別，以及測試條件的差異。

在樣品數量方面，在對鋰離子電池組進行UN38.3測試時，大電池組的數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檢測樣品數量

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

為了模擬電池的老化過程，在進行UN38.3測試前，電池組需要進行充放電預處理。從表1可知，大電池組不僅是電池數量上比小電池組少，而且預處理循環次數也更少。這里的數量及循環次數的變化，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《試驗與標準手冊》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，如此共進行10次循環的測試；而對于大電池或電池組，由于質量增加，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，都要經受以對數掃描的形式從7 Hz到200 Hz并回到7 Hz的正弦波形振動，一個周期為15 min，共進行12次，即3 h(每一個方向)[4]。區別在于：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受最大加速度為150 gn和脈沖持續時間為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受3次沖擊，接著在反方向經受3次沖擊，共18次沖擊；而考慮到大電池或電池組本身的質量較大，經受的最大加速度減小為50 gn，脈沖持續時間增加為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《試驗與標準手冊》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kWh到數十kWh，甚至更大)，如電動汽車用動力電池，大型儲能設備的儲能電池等，由于能量較大，出于生產工藝及安全性考慮，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，組成最終產品。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，《試驗與標準手冊》提出了特殊的測試要求。

對于在完全充電情況下，電池負極鋰金屬總質量不大于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行T3、T4及T5測試，對于鋰離子電池組件還要進行T7的測試。另外，對于鋰離子電池組件在測試前需要進行至少25次循環預處理。當電池組件的參數大于上述限制(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控系統，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行UN38.3的測試[4]。

4 設備中的鋰離子電池(組)或鋰電池(組)

隨著相關設備的發展，設備中的鋰離子電池(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，而設備中的電池為UN3091和UN3481)，且《規章范本》特殊規定230中指出：設備中的鋰電池進行UN38.3測試時，只針對其中裝載的電池或電池組[6]。

伴隨著應急供電、能源存儲的需要，各種鋰電池儲能電源應運而生，有些企業在檢測時會將它們當成設備中的鋰電池進行操作。雖然在《規則范本》及《試驗與標準手冊》中沒有對這類裝置的明確定義，但在《試驗與標準手冊》38.3.2.3中，在對電池組進行定義時，注有“主要功能是為另一件設備提供動力源，通常稱為“電池組”、“電池模塊”或“電池組件”的裝置，在《規章范本》及本手冊中當成電池組處理。”由此可見，目前出現的儲能電源，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，仍應作為電池組或電池組件進行相關操作，而不是設備中的電池。

另外，在包裝要求方面，對于設備中的電池，如采用以適當材料制造的堅固外容器包裝，對于容器的容量和用途，有足夠強度和相應設計，且設備又能防止在運輸途中意外啟動時，可不使用Ⅱ類包裝。當大型設備足夠堅固，其中裝載的電池或電池組可得到設備本身同等程度的保護時，可在無包裝的條件下或放在貨板上進行運輸[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)是一種特殊設備中的鋰電池組，因此在《規章范本》中給出了特別的條目，UN3171電池動力車輛或電池動力設備，在特殊規定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，應按UN3171交運[3]；但在UN3171中的電動設備卻不包括鋰電池電動設備。在特殊規定240中指出，鋰電池電動設備應采用UN3091和UN3481交運。為了區分車輛和設備，《規章范本》中給出了這樣的定義：車輛是指自推進式裝置，用于運載一個或多人，或用于運載貨物。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、船只及飛機等；而設備的例子有剪草機、清潔機及航模等。另外，對于鋰電池混合動力車輛，特殊規定240中指出：應按照UN3166燃料電池、易燃氣體動力車輛(或燃料電池、易燃液體動力車輛)進行運輸[8-9]。

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

6 小結

用于動力系統，新能源資源(例如太陽能、風能等)存儲，以及備用、應急供電系統中的鋰離子電池(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，在國際規則中也給出了特有的規定，了解這些規定將有助于大型鋰離子電池(組)和鋰電池(組)的運輸安全，促進進出口貿易的發展。

[1] Michael D F. Safety of lithium batteries in transportation[J]. J Power Sources，2011，96：260-265.

[2] ST/SG/AC.10/1/Rev.18，UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods——Model Regulations[S].

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[4] ST/SG/AC.10/11/Rev.5/Amend.1 and Amend 2，UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods——Manual of Tests and Criteria[S].

[5] Zhong H，Kong C，Zhan H，etal. Safe positive temperature coefficient composite cathode for lithium ion battery[J]. J Power Sources，2012，216：273-280.

[6] MO Liang-jun(莫梁君)，XU Zhi-qin(許志欽)，ZHANG Hai-juan(張海娟)，etal.電池危險品運輸分類鑒定及安全風險[J]. Battery Bimonthly(電池)，2014，44(5)：277-279.

[7] PAN Sheng-lin(潘生林)，TONG Jie(童捷)，ZHAI Su-wan(翟蘇婉)，etal. 出口鋰電池危險品運輸包裝的安全設計與防護[J]. Packaging Engineering(包裝工程)，2015，36(3)：27-30.

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[10]HUANG Xiao-ling(黃小玲)，NA Wei(那偉)，YE Lei(葉磊)，etal. 混合動力汽車用鋰離子電池荷電狀態的估計[J]. Battery Bimonthly(電池)，2014，44(5)：290-292.

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。