大型锂电池及锂电池组运输的国际规则

陶海华，陈 相，赵颐晴，蒋 伟

(上海出入境检验检疫局危险品与包装检验鉴定中心，上海 200331)



·讨 论 会·

大型锂电池及锂电池组运输的国际规则

陶海华，陈 相，赵颐晴，蒋 伟

(上海出入境检验检疫局危险品与包装检验鉴定中心，上海 200331)

对大型锂电池的国际运输规则进行细化解读，对比了大型锂电池在安全测试条件、运输包装要求和特殊规定等方面与普通锂电池的区别，如测试样品的数量，测试时间、加速度等参数，包装类别及UN编号等。

大型锂电池； 运输安全； 国际规则

随着大功率电动设备的发展，特别是近年来电动汽车的兴起，大型动力锂离子电池得到迅速发展。随着能量密度的增长，电池的运输安全备受关注[1]。作为危险货物，在《联合国关于危险货物运输的建议书——规章范本》[2](以下简称《规章范本》)对锂电池的国际运输给出了明确规定。由于自身的特点，大型锂电池的运输规则有别于普通锂电池。

本文作者按照2013年第18次修订版《规章范本》中的规定，对大型锂电池国际运输规则的特点进行解读。

1 锂电池国际运输的一般规则

作为危险货物，在《规章范本》中为锂离子电池和锂电池分配了4个UN编号，分别为UN3090、UN3091、UN3480和UN3481，并明确规定了该类电池作为危险货物，采用Ⅱ类包装进行运输[2]，且按照特殊规定188及230规定，电池在运输前，必须通过与《规章范本》配套的《联合国关于危险货物运输建议书——试验与标准手册》(以下简称《试验与标准手册》，最新版本为第5版第1次修订和第2次修订)第38.3章(以下简称UN38.3)的相关检测要求[3]。《规章范本》中的特殊规定310、376和377，分别给出了电池样品、损坏或残缺的电池或电池组，以及回收的电池或电池组的运输规定。这些情况较特殊，可能不适合进行UN38.3测试，但相应包装要求，必须满足《规章范本》第四部分第4.1章的要求[2]。

2 大电池和大电池组

《试验与标准手册》中将电池定义为一个单独封装的电化学单元(由一个正极和一个负极组成)，通过两极对外显示电势差；电池组是由两只或两只以上电池连接起来的，并装有必要的装置，如外壳、电极、标识和保护装置等。大电池与大电池组分别定义为总质量大于500 g的电池及总质量大于12 kg的电池组。由于大电池或电池组的质量更大、成本更高等原因，与小电池相比的差异主要体现在进行UN38.3测试时，样品数量要求的区别，以及测试条件的差异。

在样品数量方面，在对锂离子电池组进行UN38.3测试时，大电池组的数量是小电池组的一半，具体要求见表1。

表1 锂离子电池组UN38.3检测样品数量

a：UN38.3共8个检测项目，分别为T1高度模拟、T2温度循环、T3振动、T4冲击、T5外短路、T6撞击/挤压、T7过度充电、T8强制放电；b：T6和T8测试的是电池组的组成电池(数量单位：只)；c：循环次数是指电池测试前所需要进行的充放电次数。

为了模拟电池的老化过程，在进行UN38.3测试前，电池组需要进行充放电预处理。从表1可知，大电池组不仅是电池数量上比小电池组少，而且预处理循环次数也更少。这里的数量及循环次数的变化，只针对大型锂离子电池组，而对于大电池(包括锂离子电池及锂原电池)及大锂原电池组的要求，可在《试验与标准手册》38.3.3中获得具体信息[4]。

在测试条件方面，在T2温度循环测试中，小电池或电池组需要先在72±2 ℃的温度下存放，接着在-40±2 ℃的温度下存放，不同温度的转换时间要小于30 min，在每个温度下的存放时间至少为6 h，如此共进行10次循环的测试；而对于大电池或电池组，由于质量增加，要真实地模拟温度的影响，需要一个更长的温度平衡时间[5]，在每一个温度点的存放时间由6 h延长到了12 h。在T3振动测试中，电池或电池组的3个互相垂直的方向上，都要经受以对数扫描的形式从7 Hz到200 Hz并回到7 Hz的正弦波形振动，一个周期为15 min，共进行12次，即3 h(每一个方向)[4]。区别在于：在上述周期中的最大加速度，电池及小电池组为8 gn，而大电池组为2 gn，具体参数见图1。

图1 锂电池振动图谱Fig.1 Graph of lithium batteries vibration testing

在T4冲击测试中，小电池及电池组需经受最大加速度为150 gn和脉冲持续时间为6 ms的半正弦波冲击。每个电池或电池组需要在3个互相垂直的电池安装方位的正方向经受3次冲击，接着在反方向经受3次冲击，共18次冲击；而考虑到大电池或电池组本身的质量较大，经受的最大加速度减小为50 gn，脉冲持续时间增加为11 ms，如图2所示[2]。

图2 锂电池冲击图谱Fig.2 Graph of lithium batteries shock testing

3 电池组件

电池组件在《试验与标准手册》中并未给出明确的定义，但在UN38.3.3(f)中描述为：电池组件是由电池组组成的。在实际的检测中，绝大部分的所谓大型电池组(能量从数kWh到数十kWh，甚至更大)，如电动汽车用动力电池，大型储能设备的储能电池等，由于能量较大，出于生产工艺及安全性考虑，往往不是直接由单个电池组成，而是先由电池组成电池组模块，再通过电池组模块的串并联，组成最终产品。这种由电池组模块组成的电池组就称为电池组件。一般情况下，电池组件无论是能量、质量还是体积，都比通常的大电池组大得多。针对这一特点，《试验与标准手册》提出了特殊的测试要求。

对于在完全充电情况下，电池负极锂金属总质量不大于500 g的锂金属电池组件，或者能量不大于6 200 Wh的锂离子电池组件，在组成这些电池组件的电池组通过UN38.3检测的前提下，只需对一组电池组件进行T3、T4及T5测试，对于锂离子电池组件还要进行T7的测试。另外，对于锂离子电池组件在测试前需要进行至少25次循环预处理。当电池组件的参数大于上述限制(500 g、6 200 Wh)时，只要组成的电池组通过UN38.3测试，且本身具有可靠的监控系统，可防止电池组件的短路，组成电池组之间的过度充电，以及电池组件的过热、过度放电等情况，这样的电池组件可以不需要进行UN38.3的测试[4]。

4 设备中的锂离子电池(组)或锂电池(组)

随着相关设备的发展，设备中的锂离子电池(组)或锂电池(组)的容量不断提高，在性能测试方面，设备中的电池和单独的电池是相同的(但是UN编号不同，单独的电池为UN3090和UN3480，而设备中的电池为UN3091和UN3481)，且《规章范本》特殊规定230中指出：设备中的锂电池进行UN38.3测试时，只针对其中装载的电池或电池组[6]。

伴随着应急供电、能源存储的需要，各种锂电池储能电源应运而生，有些企业在检测时会将它们当成设备中的锂电池进行操作。虽然在《规则范本》及《试验与标准手册》中没有对这类装置的明确定义，但在《试验与标准手册》38.3.2.3中，在对电池组进行定义时，注有“主要功能是为另一件设备提供动力源，通常称为“电池组”、“电池模块”或“电池组件”的装置，在《规章范本》及本手册中当成电池组处理。”由此可见，目前出现的储能电源，虽然可能具备照明、报警等辅助功能，但主要功能仍是提供能源，仍应作为电池组或电池组件进行相关操作，而不是设备中的电池。

另外，在包装要求方面，对于设备中的电池，如采用以适当材料制造的坚固外容器包装，对于容器的容量和用途，有足够强度和相应设计，且设备又能防止在运输途中意外启动时，可不使用Ⅱ类包装。当大型设备足够坚固，其中装载的电池或电池组可得到设备本身同等程度的保护时，可在无包装的条件下或放在货板上进行运输[7]。

5 车辆中的锂离子电池(组)或锂电池(组)

车辆中的锂离子电池(组)或锂电池(组)是一种特殊设备中的锂电池组，因此在《规章范本》中给出了特别的条目，UN3171电池动力车辆或电池动力设备，在特殊规定360中要求，完全以锂金属电池组或锂离子电池组为动力的车辆，应按UN3171交运[3]；但在UN3171中的电动设备却不包括锂电池电动设备。在特殊规定240中指出，锂电池电动设备应采用UN3091和UN3481交运。为了区分车辆和设备，《规章范本》中给出了这样的定义：车辆是指自推进式装置，用于运载一个或多人，或用于运载货物。这类车辆的例子有电动汽车、摩托车、轻骑、三轮或四轮车辆或摩托车、电动自行车、轮椅、船只及飞机等；而设备的例子有剪草机、清洁机及航模等。另外，对于锂电池混合动力车辆，特殊规定240中指出：应按照UN3166燃料电池、易燃气体动力车辆(或燃料电池、易燃液体动力车辆)进行运输[8-9]。

由于这里的车辆已经给锂电池足够的保护，在上述车辆的电池条款中并未规定，必须进行UN38.3测试，且不需要进行特殊包装。虽然《规章范本》中未规定对这类电池进行测试，但出于安全考虑，在可能的情况下，依然建议进行相关的安全性测试[10]。

6 小结

用于动力系统，新能源资源(例如太阳能、风能等)存储，以及备用、应急供电系统中的锂离子电池(组)和锂电池(组)，能量日趋变大。鉴于这些大型锂电池的很多特性，不同于通常的电池，在国际规则中也给出了特有的规定，了解这些规定将有助于大型锂离子电池(组)和锂电池(组)的运输安全，促进进出口贸易的发展。

[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].

[3] ZHU Hong-kun(朱洪坤)，TAO Hai-hua(陶海华)，CHEN Xiang(陈相)，etal. 国际规则对锂电池运输的特殊规定[J]. Battery Bimonthly(电池)，2013，43(1)：49-50.

[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(许志钦)，ZHANG Hai-juan(张海娟)，etal.电池危险品运输分类鉴定及安全风险[J]. Battery Bimonthly(电池)，2014，44(5)：277-279.

[7] PAN Sheng-lin(潘生林)，TONG Jie(童捷)，ZHAI Su-wan(翟苏婉)，etal. 出口锂电池危险品运输包装的安全设计与防护[J]. Packaging Engineering(包装工程)，2015，36(3)：27-30.

[8] CAI Chun-hao(蔡春皓)，DUAN Ji-yuan(段冀渊)，SHOU Xiao-li(寿晓立)，etal. 浅谈现有锂离子电池检测标准[J]. Battery Bimonthly(电池)，2015，45(3)：121-123.

[9] LIU Ling(刘伶)，ZHANG Nai-qing(张乃庆)，SUN Ke-ning(孙克宁)，etal. 锂离子电池安全性能影响因素分析[J]. Rare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)，2010，39(5)：936-940.

[10]HUANG Xiao-ling(黄小玲)，NA Wei(那伟)，YE Lei(叶磊)，etal. 混合动力汽车用锂离子电池荷电状态的估计[J]. Battery Bimonthly(电池)，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

陶海华(1985-)，男，上海人，上海出入境检验检疫局工程师，研究方向：危险品锂电池检测，本文联系人；

上海出入境检验检疫局科研项目(HK013-2015)

TM911.24，TM912.9

A

1001-1579(2015)06-0329-03

2015-08-07

陈 相(1977-)，男，浙江人，上海出入境检验检疫局高级工程师，研究方向：危险品分类鉴定；

赵颐晴(1985-)，女，上海人，上海出入境检验检疫局助理工程师，研究方向：危险品分类鉴定；

蒋 伟(1969-)，男，上海人，上海出入境检验检疫局研究员，研究方向：危险品及其包装检验鉴定。