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UN38.3《ST/SG/AC.10/11/Rev.6 / Amendment 1》标准浅析

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年2月作者：李春南

[导读] 随着可充电式锂电池的电子产品的普及,市场对含锂电池货物的运输需求日益增长，UN38.3一直是锂电池空运、海运和陆运的通用测试标准，文章介绍了UN38.3的八大测试项目分别为：Test1高度模拟、Test2热冲击测试、Test3振动试验、Test4冲击试验、Test5外部短路、Test6撞击试验、Test7过充电试验、Test8强制放电试验.帮助客户了解UN38.3的测试,以满足客户对含锂电池货物的

广东产品质量监督检验研究院李春南

摘要：随着可充电式锂电池的电子产品的普及,市场对含锂电池货物的运输需求日益增长，UN38.3一直是锂电池空运、海运和陆运的通用测试标准，文章介绍了UN38.3的八大测试项目分别为：Test1高度模拟、Test2热冲击测试、Test3振动试验、Test4冲击试验、Test5外部短路、Test6撞击试验、Test7过充电试验、Test8强制放电试验.帮助客户了解UN38.3的测试,以满足客户对含锂电池货物的运输需求,确保航空运输安全。结合日常检测结果分析了UN38.3中不合格项目产生的原因。
关键词：锂电池；运输安全；短路；重物冲击
        锂电池运输安全一直备受关注，2016年2月22日国际民航组织ICAO理事会通过提案：禁止客机运输锂离子电池（UN3480），该临时禁令从2016年4月１日开始执行，至此客机将停止运输包括锂离子电池和锂金属电池在内所有的单独锂电池。只能使用货机运输的锂电池仍需符合联合国《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》中的UN38.3的要求。“试验和标准手册”的UN38.3一直是锂电池空运、海运和道路运输的通用测试标准，最新的UN38.3第6版修订1版本出来之后陆续将以最新的标准作为测试要求，本文由UN38.3第6版修订1主要变更内容、解析Test 1到Test 8测试方法及测试过程出现不合格的原因分析、测试过程出现不合格及整改措施三方面构成。
        1．新版UN38.3第6版修订1主要变更内容
        新标准最主要的变化就是对“二次锂电池”类型测试样品数量、测试要求。
        以“电芯”类型样品数量为例子：1、将50次循环改成25次循环；2、T6增加5个经25次循环后的电池；在一定程度上还是缩短测试的周期，使产品合格的企业能够更快的拿到检测报告。并且对于通过38.3电芯组成的电池组如果瓦时数大于6200wh有防短路、防过充、防过放保护措施的不用进行试验；小于6200wh的进行Test 3、Test 4、Test 5、Test 7。
        2. 解析Test 1到Test 8测试方法及测试过程出现不合格的原因分析
        Test 1高度模拟(Altitude Simulation)
        测试方法为：试验电池在压力等于或低于11.6kpa和环境温度为（20℃±5℃）下存放至少6h。
        不合格的原因分析：气压11.6kpa换算海拔大概是8075米，该项目主要是模拟航空运输中高空低压状态下运输电池的承压情况。由于在电池本身在使用过程中也存在气体的释放，电池内部形成一定压力并在外部压力作用下，有可能发生漏液或鼓胀现象，甚至可能发生着火和爆炸等危险。
        Test 2热冲击(Thermal Test)
        测试方法为：电池在高温( 72±2 )℃和低温( -40±2 )℃环境中交替循环冲击并循环10次。
        不合格的原因分析：模拟电池在不同极端环境下的存放，锂电池在环境温度的降低，电解液的离子导电率随之降低，SEI膜电阻和电化学反应电阻随之增大，电池极化严重。在不断的高低温交替冲击环境下，容易破坏电池内部的化学平衡，导致电池可能发生鼓胀、漏液、着火和爆炸的危险。
　　    Test 3振动(Vibration)
        测试方法为：锂电池在通过7Hz到200Hz的对数扫频产生正弦波，测试3个方向共进行9小时。
        不合格的原因分析：模拟电池在运输过程中的振动情况，振动有可能会导致极片上焊点脱落、电池盖帽焊点松脱、正极绝缘密封垫脱落或电池组内部零部件松动脱落等等，使电池存在短路、着火和爆炸的危险。
　    　Test 4冲击(Shock)
        测试方法为：锂电池以(150g/50g, 6ms/11ms)进行冲击，共18次。
        不合格的原因分析：试验模拟在运输过程中，由于一瞬间的冲击会导致电池组零部件松脱，电池上焊点盖帽端子等脱落以及电池内部电解液的泄露等。可能导致电池发生短路、泄露、解体，存在着火和爆炸的危险。
　    　Test 5外短路(External Short-circuit)
        测试方法为：锂电池在( 57±4 )℃的温度下，用总外阻小于0.1Ω将锂电池正负极短接1h。
        不合格的原因分析：试验模拟锂电池在高温的环境条件下的外部短路，锂电池发生外部短路时，瞬间的产生大电流使得电池温度急速上升，电解液急剧反应产生大量可燃气体，可能会引起电池起火、爆炸的危险。
　    　Test 6撞击(Impact)
        测试方法为：在锂电池中心点上放置一直径为15.8mm的钢棒，用9.1kg重锤从( 61±2.5 )cm高度自由落下在样品与钢棒的交叉处。
        不合格的原因分析：锂电池在强烈的撞击下，使得电池外壳发生变形，外壳的穿刺以及挤压使得内部隔膜的破裂，会造成电池正负极内部短路。锂电池存在着火、爆炸的危险。该试验只针对直径不小于18mm的圆柱形电池
　　    Test 7过充电(Overcharge)
　      测试方法为：以2倍最大充电电流，在电池组规定的最大电压小于18V时，以电池组的2倍充电电压或者22V中的较小者，在电池组规定的最大电压大于18V时，以电池组的1.2倍充电电压作为充电电压，充电24h并观察7天。
        不合格的原因分析：在过充电时，金属锂的表面沉积非常容易聚结成枝杈状锂枝晶，从而刺穿隔膜，造成正负极直接短路；负极上会析出金属锂，它会和有机溶剂发生反应，产生大量的氧气气体与热量，最终导致有可能导致起火、爆炸的危险。该试验只针对有保护装置的电池，如果没有安装过充保护装置的电池，如果其最是组装在集成电池或者设备上的运输，且集成电池能够提供过充保护，那么该电池不需要进行过充电试验。
　　    Test 8强制放电(Forced Discharge)
        测试方法为：将样品同12V直流电源串联，以最大放电电流开始放电，放电时间应等于其额定容量除以初始试验电流并观察7天。
        不合格的原因分析：电池过度放电使得电池负极发生结构塌陷，使负极板的铜电镀到正极上，破坏正极的微观结构。负极产生大量的可燃氢气体，正极发生分解，最终导致电池的外壳破裂，可能会导致爆炸、起火。
        3. 测试过程出现不合格及整改措施
        在大量的UN38.3试验结果中发现最容易产生不合格的项目分别为Test2热冲击测试、Test5外部短路、Test6撞击试验三个项目上，Test2热冲击试验不合格样品照片为图1、图2所示；Test5外部短路试验不合格样品照片为图3、图4所示；Test6撞击试验为图5、图6所示

       针对产生的不合格情况，给出以下几点建议供企业整改参考：
        1）产品设计：在电解液中增添阻燃剂；选定较好的隔膜电解液材料等等；
        2）产品制造与工艺：生产过程中需检查极片有无毛刺和划痕，极耳的焊接，正负极的绝缘密封等等；增添安全保护元件和电路，在电池内部添加PTC、MOS管、ic等保护元器件，设定过流、过压值，避免电池因短路、过充、过放等引起的起火爆炸。
        3）质量控制：增加出厂抽查检验，在成品仓库内，定期定量抽取合格电池，针对容易产生不合格的热冲击、外部短路、重物冲击项目进行随机测试。