Стандарт ООН 38.3 для литий-ионных аккумуляторов

Литиевые батареи питают большую часть портативной электроники, промышленного оборудования и электромобилей, используемых сегодня.

Но их безопасная транспортировка — регламентированный процесс.

Неправильное обращение с литиевыми батареями во время транспортировки является основной причиной авиационных пожаров, поэтому международные регулирующие органы требуют, чтобы все литиевые батареи соответствовали стандарту ООН 38.3, прежде чем их можно будет отправлять воздушным, автомобильным или железнодорожным транспортом.

В этом руководстве объясняется, чего требует UN 38.3, что включает в себя каждое испытание и что означают результаты для батарей, которые вы приобретаете или отправляете.

Что такое ООН 38.3?

ООН 38.3 – международные перевозки. безопасность стандарт для литиевых батарей, опубликованный Организацией Объединенных Наций как часть Руководства по испытаниям и критериям.

Это применимо ко всем типам литиевых батарей, включая литий-ионные, литий-полимерные и литий-железо-фосфатные, независимо от формата или емкости элемента.

Любая литиевая батарея, транспортируемая на коммерческой основе, перед отправкой должна пройти все восемь испытаний UN 38.3.

Это применимо независимо от того, поставляется ли батарея отдельно, в комплекте с оборудованием или установлена ​​в устройстве.

8 испытаний UN 38.3

Тест 1: Моделирование высоты

Что он тестирует:Производительность в условиях экстремально низкого давления, что представляет собой консервативный наихудший сценарий транспортировки.

Условия испытания 11,6 кПа имитируют давление на высоте примерно 15 000 метров.

Важно отметить, что это не типичные условия внутри грузового отсека коммерческого пассажирского самолета, давление в котором достигает эквивалентной высоты около 2400 метров.

Условие 11,6 кПа — это намеренно консервативный стандарт, разработанный для моделирования негерметичных грузовых отсеков и экстремальных или аварийных сценариев, а не обычных условий пассажирского полета.

Среда с низким давлением может привести к расширению корпусов батарей, выходу из строя уплотнений и электролит протекать.

Условия испытаний:

Критерии прохождения:

• Нет потери массы
• Клапан избыточного давления остается закрытым
• Отсутствие трещин и утечек в корпусе аккумулятора.
• Напряжение остается в пределах 10 % от первоначального значения.

Тест 2: Тепловой тест

Что он тестирует:Производительность и структурная целостность в экстремальных температурных диапазонах.

Экстремальные температуры во время транспортировки оказывают значительную нагрузку на уплотнения аккумулятора и внутренние электрические соединения.

Это включает в себя горячее асфальтированное покрытие на земле и холодные грузовые отсеки на большой высоте во время полета.

Условия испытаний:

Максимальное время перехода между экстремальными температурами, составляющее 30 минут, является особым требованием стандарта.

Испытательные лаборатории должны продемонстрировать, что этот уровень перехода соблюдается.

Критерии прохождения:

То же, что и симуляция высоты. Отсутствие потери массы, отсутствие трещин и утечек, клапан избыточного давления закрыт, напряжение в пределах 10 % от первоначального значения.

Тест 3: Тест на вибрацию

Что он тестирует: Устойчивость к механическим воздействиям от вибрации при наземном транспорте.

Автомобильный и железнодорожный транспорт подвергает аккумуляторы постоянной вибрации разного диапазона частот на протяжении всего пути.

Условия испытаний:

Синусоидальный профиль развертки со скоростью 1 октава в минуту указан в стандарте для воспроизведения распределения частоты вибрации, возникающего при автомобильном и железнодорожном транспорте.

Критерии прохождения:

То же, что и симуляция высоты.

Испытание 4: Испытание на удар

Что он тестирует: Структурная целостность при внезапном механическом ударе.

Батареи при транспортировке подвергаются внезапным ударам в результате падений, погрузочно-разгрузочного оборудования и столкновений транспортных средств.

Прилагаемая сила определяется общей массой элемента или батареи, а не тем, является ли это элементом или собранной батареей.

Условия испытаний:

Это различие обычно понимается неправильно.

Большой призматический элемент массой более 12 кг испытывается при 50 Гн, а небольшой аккумуляторный блок массой менее 12 кг - при 150 Гн.

Определяющим фактором является масса, а не то, является ли предмет элементом или собранной упаковкой.

Критерии прохождения:

• Нет огня
• Нет взрыва
• Нет утечки
• Нет вентиляции
• Напряжение в пределах 10 % от значения предварительного испытания

Тест 5: Тест внешнего короткого замыкания

Что он тестирует: Реакция на внешнее короткое замыкание при повышенной температуре.

Внешнее короткое замыкание – одна из наиболее частых причин выхода из строя аккумуляторной батареи на транспорте.

В ходе этого теста оценивается, может ли батарея выдержать короткое замыкание, не достигая опасных температур и не вызывая событий безопасности.

Температурный режим перед испытанием зависит от размера элемента или батареи.

Это важное различие, которое влияет на то, как проводятся испытания для разных типов продуктов.

Условия испытаний:

В соответствии с номером ООН 38.3 различие в размерах основано главным образом на массе: большой элемент обычно определяется как вес более 500 г, а большой аккумулятор — более 12 кг.

Показатель 20 Ач, обычно упоминаемый в промышленности, соответствует порогу IATA DGR для раздела II PI 965/966 и примерно соответствует порогу массы крупных ячеек UN 38.3 для типичных литий-ионных форматов, но само значение 20 Ач является эталонной точкой IATA DGR, а не определением UN 38.3.

Если вы не уверены, соответствует ли ваш продукт требованиям ООН 38.3 как большой или малый, подтвердите его на основе массы в вашей испытательной лаборатории, а не полагайтесь только на емкость Ач.

Маленькие элементы питания, включая распространенные потребительские форматы, такие как цилиндрические элементы 18650 и пакетные элементы емкостью от 5 до 10 Ач, обычно тестируются при температуре 25°C ± 2°C, а не 57°C.

Применение неправильного температурного режима во время испытаний является ошибкой соответствия.

Если вы сертифицируете небольшие элементы или батареи, прежде чем продолжить, подтвердите в своей испытательной лаборатории, какой температурный режим применим к вашему конкретному продукту.

Критерии прохождения:

• Температура батареи во время испытания не должна превышать 170°C.
• Отсутствие пожара или взрыва в течение 6-часового периода мониторинга.
• Отсутствие разрывов или утечек корпуса батареи в течение периода мониторинга.

Тест 6: Испытание на раздавливание

Что он тестирует: Реакция клеток на физическую деформацию, имитирующую повреждение при столкновении.

Это испытание применимо только к отдельным элементам, а не к собранным аккумуляторным блокам.

Он имитирует структурные повреждения, которые ячейка может получить при столкновении транспортного средства или серьезном столкновении, намеренно вызывая внутреннее короткое замыкание внутри ячейки.

Условия испытаний:

Метод раздавливания зависит от формата ячейки:

Примечание по методу ударного падения:

Штанга массой 9,1 кг, упавшая с высоты 61 см, представляет собой ударный метод Т.6 в рамках самой ООН 38.3.

Это относится конкретно к цилиндрическим элементам диаметром 18 мм и более.

Этот метод также упоминается в сертификации UL 1642 и UL 2054, поэтому иногда его ассоциируют в первую очередь со стандартами Северной Америки.

Для испытаний на раздавливание призматических и пакетных элементов согласно ООН 38.3 T.6 лаборатории почти повсеместно используют гидравлическое прессовое оборудование, применяющее силу 13 кН через плоскую пластину, а не методом падения.

Если ваш продукт представляет собой призматическую или пакетную ячейку, ожидайте, что для испытаний T.6 будет использоваться метод гидравлического дробления.

Критерии прохождения:

• Температура ячейки не должна превышать 170°C в течение 6 часов после испытания.
• Отсутствие пожара или взрыва в течение 6 часов после испытания.

Тест 7: Тест на перезарядку

Что он тестирует: Безопасность в условиях постоянной перезарядки.

Перезарядка является основной причиной выхода из строя литиевых батарей.

Важное примечание о применимости:

Требования к испытаниям на перезарядку различаются в зависимости от элементы и аккумуляторные блоки.

Отдельные элементы должны пройти полный тест на перезарядку, как описано ниже.

Для собранных аккумуляторных блоков, оснащенных системой управления батареями, применимые требования могут отличаться.

Аккумуляторы с BMS могут подвергаться оценке перезарядки на уровне системы, а не полному двойному тесту тока и напряжения, применяемому к неизолированным элементам.

Если вы сертифицируете аккумуляторную батарею со встроенным BMS, прежде чем продолжить, подтвердите применимую процедуру испытаний в своей испытательной лаборатории.

Условия испытаний ячеек:

Во время этого испытания пределы тока и напряжения удваиваются, что одновременно подчеркивает возможности элемента по выдержке тока и защите по напряжению.

Критерии прохождения:

• Отсутствие пожара или взрыва в течение 24-часового периода перезарядки.
• Ни одного пожара или взрыва в течение 7-дневного периода мониторинга.

Тест 8: Испытание принудительного разряда

Что он тестирует: Безопасность элемента в условиях вынужденного переразряда.

Этот тест применяется только к отдельным ячейкам.

Он оценивает реакцию элемента при разряде сверх минимального номинального напряжения, моделируя сценарий, когда более слабый элемент в последовательной цепочке приводит к изменению напряжения из-за того, что более сильные элементы продолжают разряжаться.

Условия испытаний:

Критерии прохождения:

• Отсутствие пожара или взрыва во время или после испытания.

Все 8 тестов с первого взгляда

Полная документация, необходимая для перевозки литиевых батарей

Прохождение испытаний UN 38.3 — это лишь часть легальной перевозки литиевых батарей.

Для полной поставки литиевой батареи обычно требуется три отдельных документа.

Важно понимать, что только протокол испытаний ООН 38.3 является частью самого стандарта ООН 38.3.

Два других документа подтверждают документы о соответствии, требуемые перевозчиками и регулирующими органами в соответствии с отдельными нормативными базами, в частности, IATA DGR для авиаперевозок и Кодекс IMDG для морских перевозок.

Документ 1: Отчет об испытаниях UN 38.3

Протокол испытаний UN 38.3 подтверждает, что аккумулятор выдержал все восемь испытаний, описанных в этом руководстве.

Срок действия: долгосрочный, без фиксированного срока действия.

Протокол испытаний остается действительным до тех пор, пока:

• Химический состав и материалы элементов батареи не изменились.
• Размеры и емкость ячейки не изменились.
• Конструкция и конфигурация аккумуляторной батареи не изменились.
• Место производства и процесс не изменились.
• Применимые правила не были пересмотрены таким образом, чтобы требовалось повторное тестирование.

Любое изменение вышеизложенного требует повторной оценки и, в большинстве случаев, повторного тестирования, прежде чем можно будет продолжить отгрузку.

Документ 2: Отчет об оценке состояния воздушного и морского грузового транспорта

Этот документ выдан аккредитованными органами по оценке опасных грузов и удостоверяет, что конкретный аккумуляторный продукт соответствует условиям перевозки, требуемым согласно IATA DGR для авиаперевозок и коду IMDG для морских перевозок.

В Китае этот документ обычно выдается аккредитованными учреждениями и иногда называется отчетом об идентификации состояния воздушного или морского грузового транспорта.

Этот документ не является частью самого стандарта ООН 38.3.

Это требование перевозчика и нормативных требований, установленное в рамках IATA DGR и IMDG.

Срок действия: один календарный год, заканчивающийся 31 декабря года выдачи.

Этот документ необходимо продлевать ежегодно независимо от того, изменилась ли конструкция батареи или протокол испытаний UN 38.3.

Для команд, занимающихся регулярными поставками литиевых батарей, включение ежегодного продления в планирование логистики имеет важное значение, чтобы избежать задержек поставок в начале каждого нового года.

Документ 3: MSDS/SDS (паспорт безопасности материала)

Паспорт безопасности, также называемый паспортом безопасности в терминологии GHS, предоставляет информацию о химическом составе, обращении, хранении и реагировании на чрезвычайные ситуации с аккумулятором.

Срок действия: Ежегодное продление является стандартной отраслевой практикой при экспортных поставках литиевых батарей.

Следует отметить, что сама система СГС не определяет универсальный фиксированный срок действия документов Паспорта безопасности во всем мире.

Требование обновления формально вызвано изменениями в химическом составе батареи, рецептуре или применимых нормах.

На практике при экспорте литиевых батарей ежегодное обновление паспорта безопасности является установленным отраслевым стандартом и ожидается перевозчиками и таможенными органами.

Сводная информация о сроке действия документа

Инструкции по упаковке IATA DGR

При транспортировке литиевых батарей по воздуху применимая инструкция по упаковке IATA DGR зависит от способа транспортировки батареи.

Обратите внимание, что PI 965, 966 и 967 — это инструкции по упаковке IATA DGR, а не номера ООН.

Номера ООН для литий-ионных батарей: ООН 3480 для литий-ионных батарей, транспортируемых отдельно, и ООН 3481 для литий-ионных батарей, упакованных вместе с оборудованием или содержащихся в нем.

Каждая инструкция по упаковке содержит конкретные требования к состоянию заряда, упаковке, маркировке и ограничениям количества.

Отправления должны соответствовать действующей редакции IATA DGR, которая обновляется ежегодно.

Часто задаваемые вопросы

Распространяется ли ООН 38.3 на все химические элементы литиевых батарей?

Да. Это относится к литий-металлическим и литий-ионным батареям, включая литий-ионные, литий-полимерные и LiFePO4, при коммерческой транспортировке.

Каков срок действия протокола испытаний UN 38.3?

Он не имеет фиксированного срока действия. Он остается в силе до тех пор, пока конструкция батареи, химический состав или производственный процесс не изменятся или правила не потребуют повторного тестирования. Другие товаросопроводительные документы, такие как MSDS и отчеты об оценке транспорта, могут нуждаться в регулярном обновлении.

Всегда ли при внешнем испытании на короткое замыкание используется температура 57°C?

Нет. Большие элементы весом более 500 г и большие батареи весом более 12 кг тестируются при температуре 57°C ± 4°C. Элементы и батареи меньшего размера испытываются при температуре 25°C ± 2°C.

Применяется ли проверка перезарядки ко всем аккумуляторным блокам?

Не всегда. UN 38.3 T.7 применяется к перезаряжаемым батареям, хотя точная процедура может отличаться для блоков со схемой защиты или BMS. Подтвердите в испытательной лаборатории.

В чем разница между IATA DGR PI 965, 966 и 967?

PI 965 предназначен для литий-ионных аккумуляторов, поставляемых отдельно. PI 966 предназначен для батарей, укомплектованных оборудованием. PI 967 предназначен для батарей, установленных в оборудовании. Номер ООН 3480 применяется только к батареям, а номер ООН 3481 применяется к батареям вместе с оборудованием или в нем.