金挺，宋杨，王彩娟，吕媛媛

(中华人民共和国吴江出入境检验检疫局，国家动力及储能电池检测重点实验室，江苏 苏州 215200 )

《联合国关于危险货物运输的建议书标准和试验手册》[1]中的UN38.3锂金属和锂离子部分，目前成为航空、海洋和陆路运输对承运的锂电池进行安全鉴定的最权威的测试标准。我国作为锂离子电池的主要生产国及消费国必须进一步规范动力及储能类大型锂离子电池系统的运输安全。本文对结合现行的国内外标准，针对动力及储能型锂离子电池系统UN38.3运输安全领域检测技术进行深入研究，并由此提出相关的测试规范，以供参考借鉴。

1 锂离子电池组件的测试解析

对于小型电池组的测试属于常规测试项目，相关的测试要求及方法在标准中已经进行了详细叙述，至此就不赘述了。

对于锂离子电池组件(标称容量小于6200 Wh)的样品测试要求，UN38.3 规定“如果电池组件由通过所有UN38.3试验要求的电池组串并联组成，满电时所有正极锂含量小于500g，或者锂离子电池组的额定瓦特-小时数小于6200Wh，应对一组满电的电池组件进行T3(振动),T4(冲击)和T5(外部短路)试验，此外还应对另一组电池组件进行T7(过度充电)试验”[1]。最新的第六版中去除了对组件电池的25次循环充放电的要求，对于T7(过度充电)试验电池组件状态也未要求，但其余的测试要求不变。

对于锂离子电池组件(标称容量大于6200 Wh)的样品要求，UN38.3 规定“如果电池组件由通过所有UN38.3试验要求的电池组串并联组成，满电时所有正极锂含量大于500 g，或者锂离子电池组的额定瓦特-小时数大于6200Wh，如果能验证电池组件具有防止短路、防止过充电，以及防止电池组之间过度放电的系统，则无需针对电池组件进行UN38.3的所有测试项目”[1]。此段描述只提出需要对保护功能进行验证，未规定具体的测试方法。正如图1 所示，可以将电池组件系统(大于6200 Wh)分解成便于进行UN38.3 测试的电池组(模块)，通过验证整个电池组件管理系统的有效性与可靠性，从而符合标准要求。

图1 电池组件系统整体图Figure 1 The whole battery component system figure

图2 电池组件系统内部结构图Figure 2 the structure figure ofthe battery components system

2 动力及储能型锂电池标准相关要求

根据目前主流锂离子蓄电池系统的具体用途，可以分为动力型锂离子蓄电池系统和储能型锂离子蓄电池系统。

动力型锂离子蓄电池系统主要为各种设备提供动力来源，包括电动汽车，电动列车，电动自行车等，而目前新能源汽车已经成为了国际产业竞争的热点领域，我国相继出台了《电动车“十二五”专项规划》和《“十二五”新材料产业发展规划》。电动道路车辆用电化学能量储存系统的标准化也成为了两大国际标准化组织ISO、国际电工委员会IEC以及中国国家标准化管理委员会(SAC) 、欧盟标准化组织(CEN)、欧洲电工委员会(CENNELEC)、美国电气和电子工程师协会(IEEE)、美国机动车工程师协会(SAE)，英国(BSI )，德国(DIN)，美国(ANSI)和日本(JIS)等标准化机构的工作重点之一。各标准化机构近年来制定了一系列电动道路车辆用电化学能量储存系统相关的通用要求、环保、安全等标准。最具代表性的动力型锂离子蓄电池标准汇总详见表1：

表1 车用动力蓄电池标准汇总Table 1 Vehicle traction battery standard summary

以上标准体系的建立为动力蓄电池领域的健康有序发展提供了保障，从中我们可以参考、归纳、借鉴相关的检测方法和检测技术，从而制定针对该类型电池组件系统的有效性验证测试方法。

储能型锂离子蓄电池系统主要使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及其他可再生能源储能设备，其中磷酸铁锂为正极材料的锂离子储能电池较为常见，目前国际上相关的标准有：IEC 61427 -1: 2013《可再生储能二次单体电池和电池组 通用要求和测试方法 第一部分：光伏离网应用》[16]和IEC 62619：2017《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 工业应用密封锂电池和锂电池组的安全性要求》[17]。结合上述标准，制定针对该类型电池组件系统的有效性验证测试方法。

3 动力型电池组件管理系统的有效性验证

测试原理：通过客户提供的通讯协议，通讯硬件工具及通讯软件程序对电池组件系统内部电池信息状态进行读取与记录，同时运用新能源电池系统测试平台这一独立的测试系统对实测数据及相关功能进行比较与验证[2]。

结合国内外标准中提供的相关测试项目方法，归纳总结出针对动力型锂离子蓄电池组件管理系统的有效性和可靠性验证测试方案如下：

(i),电池组件防止过度充电系统验证

测试步骤： ①对电池组件进行恒流充电，电压限定为充电限制电压的110%[16]。

②观察电池组件的保护功能是否动作。

测试接受准则：

在电池组件电压达到充电限制电压的110%之前，组件内单体电池电压高于某一电压值(例如4.25V)时，保护功能动作。

(ii),电池组件内部防止串并联电池组之间的过度放电系统验证

情况一：对锂离子电池系统进行容量调节，保持荷电状态为30%左右，选取电池组件中的一组电池组进行恒流放电，放电截至条件为荷电10%左右，以上处理方式能有效的满足测试条件，模拟出电池组间的电压不均衡的故障状态。

情况二：当锂离子电池系统内部电池组具有电压平衡电路，即当监测到任意两单体电芯压差大于或等于某一限制时，可对电压高的电芯进行放电，从而保证整个电池组内电池电压的一致性；所以电池组件不会出现电池组之间电压差异导致的过度放电现象，可验证电池组件的防止过度放电系统。

情况一是一种比较极端的处理方式，一般在电池设计中会采取措施尽量避免上述情况的发生，最有效地方式就是让电池组件继电器处于开路状态，无法闭合即无法正常工作。遇到这种情况时测试可参照情况二进行。

测试步骤： ①对电池组件进行恒流放电，

②观察电池组件的保护功能是否动作。

测试接受准则：

电池组件内单体电池电压低于2.750V，保护功能动作。

(iii),电池组件防止短路系统验证

测试步骤：

①对电池组件正负极间进行外部短路。

②短路内阻不超过5毫欧，短路时间为10分钟。

③观察电池组件保护功能是否动作。

测试接受准则：

电池组件保护功能动作。

以下是动力型锂离子蓄电池组件系统测试示例：

3A ,电池组件防止过度充电系统验证

测试结果数据：

①选取电池组件进行测试。

②锂离子电池组件系统总电压升至404.092V,内部单体电池最大电压值为4.244V时，电池组件继电器状态由Closed变为Open，电流值降为0，无法继续充电。保护前后BMS状态见图3A。

4B,电池组件内防止电池组之间过度放电系统验证

测试结果数据：

①选取电池组件进行测试。

②锂离子电池组件系统总电压降至290.768V,内部单体电池最小电压值为2.685V时，电池组件继电器状态由Closed变为Open，电流值降为0，无法继续放电。保护前后BMS状态见图4B。

5C,电池组件防止短路系统验证

测试结果数据：

①选取电池组件进行测试。

②锂离子电池组件系统正负极进行外部短路，短路内阻为1.34mΩ，电池组件继电器状态Closed变为Open，持续10min。保护前后BMS状态见图5C。

图3A BMS测试图Figure 3A BMS test figure

图4B BMS测试图 Figure 4B BMS test figure

图5C BMS测试图 Figure 5C BMS test figure

4 储能型电池组件管理系统的有效性验证

测试原理可以参照动力型的要求进行，电池组件管理系统的有效性验证基本方案也可以参照动力电池的测试方案进行，考虑到储能型电池的应用特点，相对动力电池的管理系统功能有所简化，因此在测试过程中还需要跟厂商进行详细的沟通，充分了解管理系统的原理及功能。

5 小结

以上关于动力及储能型锂离子蓄电池系统UN38.3检测技术研究结合日常检测工作进行，今后在实际操作中很多方面还需进一步完善，相关检测方法请供参考，由于测试电池系统属于高压设备，建议相关操作中的人员的防护需要重视和加强。

[1] United Nations．ST/SG/AC．10/11/Rev．6/Corr.1，Recommendations on the transport of dangerous goodsManual of tests and criteria[S]．New York and Geneva，February 2016 ．

[2] 王彩娟，宋杨，席安静，金挺.大型锂离子电池系统UN38.3检测技术研究[J].电池工业,2014-08-25.

[3] ISO 6469-1，道路电气车辆安全规范[S].

[4] ISO 12405-1:2011，电动道路车辆用锂离子动力蓄电池系统测试规程-部分1：高功率应用[S].

[5] ISO 12405-2:2012，电动道路车辆用锂离子动力蓄电池系统测试规程-部分1：高能量应用[S].

[6] ISO 12405-3:2014，电动道路车辆用锂离子动力蓄电池系统测试规程-部分3：安全性要求[S].

[7] IEC 62660-1:2010，电动道路车辆驱动用锂离子蓄电池 - 第1部分：性能测试[S].

[8] IEC 62660-2:2010，电动道路车辆驱动用锂离子蓄电池 - 第2部分：可靠性和滥用测试[S].

[9] UL2580-2011，电动车用电池[S].

[10] GB/T 31467.1-2015，电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第1部分 高功率应用测试规程[S].

[11] GB/T 31467.2-2015，电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第1部分 高能量应用测试规程[S].

[12] GB/T 31467.3-2015，电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分 安全性要求与测试方法[S].

[13] GB/T 31484-2015，电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法[S].

[14] GB/T 31485-2015，电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法[S].

[15] GB/T 31486-2015，电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法[S].

[16] IEC 61427 -1: 2013，可再生储能二次单体电池和电池组通用要求和测试方法第一部分：光伏离网应用[S].

[17] IEC 62619：2017，含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组工业应用密封锂电池和锂电池组的安全性要求[S].