目前的研究，更多的是考慮使用狀態(tài)下的安全性，對運輸環(huán)境條件下的安全性考慮不足，在誘因分析、失效機理和防護措施等方面還需深入研究。

國際規(guī)章對鋰電池運輸有嚴格的要求，但由鋰電池引發(fā)的起火事件仍有發(fā)生，全球各國的運輸監(jiān)管部門對動力電池的運輸尤其謹慎，甚至很多物流公司明確表示不承運動力電池。大批量、高能量的動力電池的安全運輸，已成為一個全球性的焦點問題，直接影響我國動力電池、無人機和新能源汽車等眾多產(chǎn)業(yè)的貿(mào)易流通。

本文作者結(jié)合目前的動力電池運輸政策標準，分析運輸風(fēng)險，以期為建立更加科學(xué)的運輸政策標準提供借鑒和參考。

1 動力電池運輸規(guī)則

1.1 聯(lián)合國運輸規(guī)則

1.1.1 定義及分類

聯(lián)合國制定的《關(guān)于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書－規(guī)章范本》(第21版)(簡稱《規(guī)章范本》)和《關(guān)于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書－試驗與標準手冊》(第六版修訂)(簡稱《試驗與標準手冊》)是全球危險貨物運輸安全標準及規(guī)范的基準，各國政府多據(jù)此來制定危險貨物運輸規(guī)則。2006年，《規(guī)章范本》引入鋰離子電池，并逐步發(fā)展成現(xiàn)在的鋰電池運輸規(guī)則體系。此體系下的鋰電池相關(guān)定義與分類明顯不同于電池工業(yè)界的通常說法。

《規(guī)章范本》將鋰電池運輸分類為鋰離子電池和鋰金屬電池。鋰離子電池包含UN3480(鋰離子電池，包括鋰離子聚合物電池)和UN3481(裝在設(shè)備中的鋰離子電池，與設(shè)備包裝在一起的鋰離子電池，包括聚合物鋰離子電池)兩個條目?！对囼炁c標準手冊》的第38章第3節(jié)(簡稱UN38.3)是關(guān)于鋰電池的測試方法與標準。根據(jù)鋰離子電池組成方式、質(zhì)量和能量等，進一步細分(見表1)，在測試方法、樣品數(shù)量和循環(huán)次數(shù)等方面的要求均有差異。



聯(lián)合國的運輸規(guī)章體系里沒有“動力電池”的字樣。當動力電池為鋰離子電池時，動力電池運輸時就需要滿足聯(lián)合國對鋰離子電池的運輸要求。單體動力電池既有小型電池，也有大型電池。不同于工業(yè)界的電池模組、電池模塊和電池包等稱謂，運輸體系下的電池組包括以上的所有稱謂，因此動力電池的電池組多為大型電池組。談及動力電池，不能簡單地認為動力電池在運輸體系下就對應(yīng)大型鋰離子電池組。

1.1.2 適用于制造商的要求

不同于其他危險貨物，《規(guī)章范本》在第2.9.4章節(jié)對鋰離子電池的制造商也提出了相應(yīng)的要求。這些要求旨在加強源頭的安全控制，同樣適用于動力電池的制造商，具體內(nèi)容如下:
①每只單體電池或電池組的所屬類型須滿足UN38.3規(guī)定的要求;
②每只單體電池和電池組須裝有安全排氣裝置，以防止在運輸中破裂;
③每只單體電池和電池組須裝有有效裝置，防止外部短路;
④每只包含多只并聯(lián)電池或電池系列的電池須裝有有效裝置，防止危險的反向電流;
⑤單體電池和電池組必須按照質(zhì)量管理方案予以制造;
⑥既含有鋰金屬電池又含有鋰離子電池，但不可以充電的鋰電池組，需要滿足各自類型的要求;
⑦單體電池或電池組的制造商和分銷商，應(yīng)該提供一份滿足UN38.3中第5小節(jié)要求的試驗概要。

1.1.3 運輸包裝要求

符合《規(guī)章范本》第2.9.4章節(jié)要求的動力電池，按包裝說明P903或LP903進行道路或海洋運輸，需要滿足Ⅱ級包裝、堅固外包裝、保護措施及便于操作等要求。如果空運，動力電池質(zhì)量不超過35kg、荷電量不大于30%時，按包裝說明PI965進行運輸;如果質(zhì)量超過35kg，需要獲得政府頒發(fā)的A99批準;如果荷電量大于30%，還需要獲得政府頒發(fā)的A331批準。

未經(jīng)過測試的或年產(chǎn)量低于100只的動力電池，需要滿足特殊規(guī)定SP310的要求，按包裝說明P910或LP905進行道路或海洋運輸。如果空運，動力電池荷電量不大于30%時，在獲得政府頒發(fā)的A88批準后，按包裝說明PI910進行運輸。

單獨的或設(shè)備中裝有召回的、回收的動力電池，在滿足特殊規(guī)定SP377的情況下，按包裝說明P909進行道路或海洋運輸。需要滿足Ⅱ級包裝、阻燃隔熱的緩沖材料和堅固外包裝等要求。單獨的或設(shè)備中裝有損壞的、有缺陷的動力電池，滿足特殊規(guī)定SP376的要求且相對安全時，按照包裝說明P908或LP904進行運輸;此時采用II級包裝、單獨包裝等措施。如果極易發(fā)生自燃等危險，在滿足特殊規(guī)定SP376的情況下，按照包裝說明P911或LP906，進行道路或海洋運輸;此時，需要滿足I級包裝，采用單獨包裝、阻燃隔熱的緩沖材料、堅固外包裝，防止泄漏，還有包裝外部溫度不能超過100℃等。

空運禁止運輸損壞、有缺陷、召回和回收的動力電池。動力電池運輸?shù)木唧w要求見圖1。



1.1.4 測試要求與標準

UN38.3系列測試是鋰電池運輸安全的重要保障措施之一。該系列測試共有8個試驗:T1高度模擬、T2溫度、T3振動、T4沖擊、T5外部短路、T6撞擊或擠壓、T7過度充電和T8強制放電等。這些試驗?zāi)M了運輸條件下鋰電池可能會遇到的一些突發(fā)情況，從而評估鋰電池的安全性。通常情況下，動力電池的單體電池需要完成T1－T6和T8試驗，電池組需要完成T1－T5和T7試驗。

此外，對于額定能量大于6200Wh的鋰離子電池組，UN38.3有規(guī)定:如果組成電池組的較小鋰電池組通過了UN38.3測試，且該集成電池組裝有防止短路、防止過熱、防止過充過放的監(jiān)測系統(tǒng)，則該電池組無需試驗。這段文字對動力電池系統(tǒng)提出了評估要求，但缺乏明確的檢測方法和標準。

1.2 國內(nèi)運輸規(guī)則及運輸狀況

動力電池在國內(nèi)運輸主要采用道路運輸，多數(shù)以普通貨物的方式來運輸。交通運輸部發(fā)布的推薦性行業(yè)標準JT/T617《危險貨物道路運輸規(guī)則》，轉(zhuǎn)化自歐盟的危險貨物道路運輸規(guī)則(ADR2015)，涉及的標準與聯(lián)合國的運輸要求基本一致。交通運輸部發(fā)布的《危險貨物道路運輸安全管理辦法》自2020年1月1日執(zhí)行，將強制執(zhí)行JT/T617標準，動力電池國內(nèi)道路運輸在不符合豁免條款下，將以危險貨物的方式運輸。國內(nèi)水運和鐵路還在開展運輸安全性評估研究，暫時不承接動力電池的運輸業(yè)務(wù)。

進出口的動力電池多通過海運或空運。按照國際海事組織《國際海運危險貨物規(guī)則》中鋰電池運輸?shù)囊?，即可完成動力電池海運。動力電池航空運輸按照國際民航組織《危險物品安全航空運輸技術(shù)細則》中適用的鋰電池規(guī)則進行運輸。航空運輸?shù)囊蟾鼑揽?。安全的動力電池只可使用貨機運輸，損壞、有缺陷、召回和回收的動力電池一律禁止空運?？者\時，對動力電池的質(zhì)量、荷電量等方面有嚴格的要求，一旦超出，均需民航主管當局批準。批準前，還要進行安全性技術(shù)評估。

2 動力電池特點與運輸風(fēng)險

在實際使用環(huán)境上，動力電池比日用消費鋰電池要復(fù)雜得多，因此測試項目更多。運輸環(huán)境與使用環(huán)境和工作狀態(tài)相比，有相似點，也存在明顯的差異。在考慮動力電池的特點對運輸帶來的風(fēng)險時，只考慮直接影響。對動力電池的一個顯著特點———高倍率充放電暫且不考慮。

2.1 動力電池特點
 
2.1.1 高比能量和密堆積

動力電池是一個高比能量的物品，一旦起火爆炸，危害巨大。以300Wh/kg單體動力鋰離子電池為例，1kg的單體動力電池含有1.08×106J的能量;1gTNT炸藥可釋放4184J的能量，換算可知，1kg單體動力電池蘊含的能量約相當于258gTNT炸藥，100kWh的整包動力電池蘊含的能量約相當于86kgTNT炸藥。在運輸工具的狹小空間內(nèi)，這些能量釋放足以造成嚴重破壞。

動力電池由大量高比能量的單體電池緊密堆積組成;運輸時，多為大量動力電池組緊密堆積在運輸載運工具的狹小空間內(nèi)。從安全管理的角度而言，是典型的高風(fēng)險點。

2.1.2 大體積和質(zhì)量

減輕單個包裝質(zhì)量、使用安全包裝和分散存放等手段，是降低運輸風(fēng)險的有效措施。一般電動汽車的整包動力電池，質(zhì)量往往具有數(shù)百千克，能量也達到幾十至數(shù)百千瓦時。體積變大、質(zhì)量更重，使減輕單個包裝質(zhì)量不能實現(xiàn)。

將12只506328型聚合物三元正極材料鋰離子電池(深圳產(chǎn)，負極材料為石墨，額定容量18.3Ah，充電截止電壓為4.2V)組成動力電池模組(約為4V、220Ah)，放入5.0mm厚的鋼板制成的金屬盒中，在密閉條件下通過加熱棒引發(fā)熱失控，充分燃燒后，金屬盒的5.0mm厚的鋼板局部發(fā)生了變形。如果使用安全包裝，阻止動力電池起火產(chǎn)生的熱量和火焰向四周蔓延，那么這種安全包裝需要具備阻燃、隔熱和防爆等多種功能。目前，還沒有包裝能夠限制如此巨大的能量釋放，有一定功效的特制包裝成本太高，難以用于大批量動力電池。

質(zhì)量和體積的變大還增加了動力電池操作和放置位置的困難，尤其在運輸工具中，分散存放變得不太現(xiàn)實。

2.1.3 一致性

動力電池系統(tǒng)中的單體電池之間的差異，被稱為一致性問題。這種差異會造成能量不能有效利用，也容易造成動力電池?zé)崾Э?。目前，有兩種方式解決一致性問題:①研究動力電池體系和控制制造工藝質(zhì)量，從源頭解決差異。成熟的工業(yè)化生產(chǎn)工藝已將單體動力電池的故障率降低到千萬分之一的水平，但由于動力電池系統(tǒng)多由數(shù)千只單體電池組成，大大增加了發(fā)生事故的概率;②利用電池均衡技術(shù)，強制將單體電池之間的差異變小。動力電池在多次使用后，差異可能會被進一步放大，因此，電池管理系統(tǒng)(BMS)尤為重要，對BMS的評價也至關(guān)重要。

2.1.4 高電壓

動力電池的電壓達到數(shù)百伏，遠超人體的安全電壓。高壓漏電的危險有:①對搬運人員造成電擊傷害;②破壞電池保護電路，導(dǎo)致電池系統(tǒng)的保護功能失效;③可能會自發(fā)放電，引燃其他易燃物品。動力電池運輸時一般都帶電，荷電量直接與安全性相關(guān)。UN38.3系列測試中沒有高電壓的安全測試，運輸法規(guī)標準也沒有高電壓的風(fēng)險評估方法。動力電池高電壓帶來的運輸風(fēng)險一直都被忽視。

3 存在的問題

3.1 本質(zhì)安全性未解決

動力電池的化學(xué)組成決定了自身的易燃性。雖然動力電池安全標準和各項措施已在不斷推進，但引發(fā)動力電池?zé)崾Э氐母黜椧蛩匾廊浑y以完全避免。高能量密度的電池體系與安全性也還存在一些矛盾，尚未解決。

不同的運輸模式，對安全水平的接受程度不同。動力電池?zé)崾Э氐恼T因復(fù)雜，現(xiàn)有的應(yīng)對措施不夠完善。不可預(yù)知的風(fēng)險，對航空運輸產(chǎn)生了極大的安全威脅。

3.2 燃燒機理和危害研究較少

目前，對大尺寸的動力電池火災(zāi)危險性的研究較少，對火災(zāi)表現(xiàn)和危害認識不足，相關(guān)研究多集中在小尺度的，甚至少數(shù)幾個動力電池的起火研究，不具有代表性。

鋰離子電池燃燒會產(chǎn)生有毒的氣體和粉塵，但研究多集中在直接燃燒后氣體組分的分析，對燃燒產(chǎn)生的有毒氣體組分研究較少，有毒氣體和粉塵的危害、有毒氣體擴散機制等方面的研究鮮有報道。

取2只滿電的G00236-20Ah型20Ah聚合物三元正極材料鋰離子電池(深圳產(chǎn)，負極材料為石墨，充電截止電壓為4.2V)，1只裸露，1只置于自制的阻燃包內(nèi)，對加熱棒通電，以5℃/min的速度加熱，引發(fā)熱失控，實驗結(jié)果見圖2。



從圖2可知，裸露的動力電池與阻燃包內(nèi)的動力電池燃燒行為差異很大，裸露的動力電池引發(fā)熱失控后，充分燃燒，火焰高，煙霧少;阻燃包內(nèi)同等規(guī)格的動力電池，也發(fā)生熱失控，但無火焰逸出，產(chǎn)生大量白色刺激性氣體。

3.3 運輸測試體系不完善

UN38.3系列測試是保障鋰電池運輸安全的基本標準。該標準基于消費型的小型電池制定的，并未針對高能量、大質(zhì)量和多規(guī)格的動力電池提出針對性的要求，現(xiàn)有測試條款不全，技術(shù)指標有欠缺。雖然在逐步修訂，但仍落后于動力電池的發(fā)展。

目前，一些裝備中的鋰離子電池的額定能量見圖3。



從圖3可知，動力電池的能量與消費型的小型電池不在同一數(shù)量級上。UN38.3系列測試無論是測試方法還是評價標準，很多地方都沒有考慮動力電池的特點，導(dǎo)致動力電池的安全性不能得到合理的評價。

《試驗與標準手冊》規(guī)定:在滿足一定條件下，額定能量超過6200Wh的鋰離子電池組，不需要進一步測試。此規(guī)定的利弊很明顯，雖然節(jié)省了動力電池組的測試成本，但也造成動力電池組整體安全評價的缺失。通常情況下，一個中小型動力電池模組的能量即可超過6200Wh，按6200Wh判定，很多此類電池模組無需測試。單體電池在焊接、配組過程中，會存在極耳處虛焊、漏焊和重復(fù)焊接等情況，電池模組中存在的安全隱患在運輸過程中可能會被外力所誘發(fā)，最終導(dǎo)致短路。

對于額定能量大于6200Wh的動力電池，規(guī)定要求對BMS進行評價，但缺少評價方法與標準。對BMS的評價，除了在運輸環(huán)境下單獨對穩(wěn)定性等進行評價，也需要在整個電池系統(tǒng)下進行運輸環(huán)境測試，才能體現(xiàn)BMS的管控能力，否則沒有實際意義。評估人員的專業(yè)水準和過往經(jīng)驗也可能直接影響評估結(jié)果。這一規(guī)定的傳導(dǎo)效應(yīng)，直接導(dǎo)致動力電池在設(shè)計上極少考慮運輸安全，源頭上即缺失一環(huán)。

3.4 運輸安全性評價能力欠缺

動力電池的第三方測試機構(gòu)相對較少。鋰電池運輸測試的第三方實驗室，大多沒有動力電池的測試能力。按照規(guī)定，能量稍大一點的動力電池即可尋求不進行UN38.3系列測試，也導(dǎo)致各實驗室未建立測試能力。

動力電池運輸安全性評價應(yīng)建立在有效測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)在的狀況是難以找到合適的實驗室進行測試，并獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)。沒有有效的數(shù)據(jù)，也建立不了合適的測試方法與標準，更建立不了評價標準。此外，隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量試驗、損壞、有缺陷、召回和回收的動力電池需要運輸。這些動力電池在運輸前也不太適合進行UN38.3系列測試，合理的安全性評價就顯得尤為必要。這一真空地帶已經(jīng)出現(xiàn)，值得關(guān)注。

3.5 風(fēng)險防控措施不足

合適的包裝可將危險貨物的危險性有效地控制在包裝內(nèi)，并實現(xiàn)安全運輸。由于動力電池比能量高、體積大，目前沒有合適的包裝材料或包裝形式將危險控制在包裝內(nèi)，即動力電池在包裝內(nèi)發(fā)生完全燃燒而波及不到其他物品。國際上已有機艙內(nèi)的防火罩或防火包等設(shè)計和小規(guī)模的使用，國內(nèi)類似產(chǎn)品仍處于試驗階段。這些包裝方式均未解決動力電池燃燒產(chǎn)生大量有毒氣體和粉塵的問題。

包裝說明中的要求均為原則性要求，是一種暫時性的安全保障措施。這些要求沒有具體技術(shù)指標，缺乏試驗驗證，缺少權(quán)威機構(gòu)認證。這也是很多運輸方式對動力電池運輸投鼠忌器的主要原因之一。

3.6 有效阻燃滅火方法欠缺

動力電池內(nèi)部阻燃材料以及外部包裝材料的有效性還需要進一步驗證。有研究表明，大巴車動力電池發(fā)生熱失控5min后，火勢將蔓延到車內(nèi);同時考慮人員全部逃離所用時間約為1min。據(jù)此建議5min作為大巴車動力電池耐火時長。如果在公路運輸條件下，5min時長足夠道路運輸應(yīng)急撤離，但在海洋、鐵路和航空運輸下遠不足以應(yīng)急。

動力電池的滅火方法尚未確定。無論是大量水還是氣體滅火劑，在運輸時，都難以在短時間足夠獲取。動力電池燃燒產(chǎn)生的高溫、濃煙和有毒氣體等，會迅速造成人員傷亡和設(shè)備損壞。

4 結(jié)論

我國動力電池行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，動力電池的大量運輸也勢在必行。由于動力電池具有高比能量、密堆積、大體積、高質(zhì)量、高一致性和高電壓等顯著特點，運輸?shù)陌踩砸膊煌谙M型的鋰離子電池。目前，動力電池運輸還存在本質(zhì)安全性尚未解決、燃燒機理和危害不甚清楚、運輸測試體系不完善、運輸安全性評價能力欠缺、風(fēng)險防控措施不足以及有效阻燃滅火方法欠缺等方面的問題。解決這些問題，需要政府部門與企業(yè)的相互配合，制造業(yè)與運輸業(yè)的緊密合作，需要多方面研究的突破。合理解決動力電池的安全性問題，滿足運輸需求，應(yīng)考慮如下的要素:

安全是相對的。所有的設(shè)備都有風(fēng)險，且會在特殊的環(huán)境下產(chǎn)生問題。動力電池運輸?shù)陌踩詥栴}應(yīng)在運輸實踐中加以解決，通過不斷暴露問題，尋求妥善的解決辦法。

安全是一個風(fēng)險管理的問題。不同的運輸方式有不同的可接受范圍。緩解風(fēng)險的措施很多，適用的措施即可使用，如降低荷電量、采用特種包裝、有效隔離和限制數(shù)量等。

安全性與動力電池的效能或性能密切聯(lián)系。近幾年動力電池行業(yè)的發(fā)展很快，包括新體系、更高比能量和新結(jié)構(gòu)等。對設(shè)計者而言，不能片面地追求更高比能量。人們不斷尋找體積更小、能量更高的動力電池，也會導(dǎo)致能量失控危險出現(xiàn)的概率增大，產(chǎn)生的危害更嚴重。

安全貫穿于動力電池的整個生命周期。動力電池的安全性在設(shè)計、生產(chǎn)、儲存、運輸、銷售、使用和回收等環(huán)節(jié)均有涉及，且相互影響。運輸環(huán)節(jié)的安全性也應(yīng)在最前端的產(chǎn)品設(shè)計中加以考慮。

所有參與方都要承擔(dān)安全責(zé)任。動力電池的風(fēng)險必須嚴格控制，并使用必要的預(yù)防手段，確保從生產(chǎn)、銷售、運輸、使用和回收整個過程的安全，需要所有參與方共同承擔(dān)。