锂离子电池国家标准GB31241与UN 38.3的比较

杨 强，李 茜

(中国民航科学技术研究院，北京 100028)

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锂离子电池国家标准GB31241与UN 38.3的比较

杨 强，李 茜

(中国民航科学技术研究院，北京 100028)

对国家标准GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》与UN 38.3的测试方法进行比较，讨论两种方法在试验条件、样品数目上的差异。GB 31241通过电池、电池组和保护电路的全面测试，保证锂离子电池的安全，但与UN 38.3在样品数量、某些项目的具体试验条件等方面有差异。

GB 31241； UN 38.3； 锂离子电池； 运输； 标准； 安全

锂离子电池在使用过程中有可能会发生起火、爆炸等问题，引起了人们对锂离子电池使用安全的关注。

GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》[1]于2014年12月5日发布，并于2015年8月1日开始正式实施。锂离子电池的运输安全也一直是运输管理部门的关注重点。从1995年开始，锂金属电池和锂离子电池就陆续被列入了联合国危险货物名录中，运输时需要满足相应的测试标准和包装要求，联合国《关于危险货物运输的建议书——规章范本》明确规定，每只电池或电池组都应该通过《关于危险货物运输的建议书——试验和标准手册》第三部分38.3节的测试(以下简称UN 38.3)[2]。

GB 31241重点关注不超过18 kg电子产品用锂离子电池和电池组的安全要求[3]，在制订过程中参考了国内外的锂离子电池标准，包括IEC标准等[4]。运输行业，特别是对安全要求较高的空运、海运行业，目前仍依据联合国《关于危险货物运输的建议书——试验和标准手册》中的UN 38.3试验方法来操作锂离子电池的运输[5]。UN 38.3是针对锂离子电池运输的测试方法，目的是为了保证锂离子电池的运输安全。我国民航部门以UN 38.3为基础，制订并颁布了民用航空行业标准MH/T 1052-2013《航空运输锂电池测试规范》[6]，指导锂离子电池的航空运输。

在以往的锂离子电池测试中，UN 38.3是使用最为广泛的测试方法之一。有研究发现，UN 38.3测试中的温度循环、外部短路、重物冲击或挤压、过度充电和强制放电等5个项目，未通过的几率较高[7]，GB 31241-2014正式实施后，与UN 38.3测试项目，尤其是这些关键试验项目上的异同，成为电池企业和运输部门关心的问题。

本文作者全面对比了GB 31241和UN 38.3这两种测试方法，从锂离子电池运输安全的角度考查了这两个方法的区别，以便为电池企业和运输部门提供参考。

1 GB 31241与UN 38.3介绍

GB 31241将所有的测试内容分成了6项。电池和电池组都需要满足试验条件、一般安全要求、环境试验和电安全试验的要求；对于自身带保护电路的电池组，还需要进行电池组保护电路安全试验；对于自身不带保护电路，但在充电器或供电的电子产品中带有保护电路的电池或电池组，则需要进行系统保护电路安全试验。此外，标准还提出了电池一致性的一般要求，并正在考虑提出试验要求。标准中，试验条件的条款对电池样品容量测试和样品预处理提出了要求。一般安全要求条款规定了厂商提供的标签、说明书等材料中应包含的安全工作参数，依据国标的要求，将对这些参数进行检查和试验。考虑到电池和电池组的不同，除了某些项目的具体试验条件有所不同外，电池只需要完成9项环境试验和4项电安全试验；而电池组需要完成9项环境试验和7项电安全试验。

UN 38.3总共包括5项环境试验和3项电安全试验，共8个测试项目。电池和电池组需要完成其中相同的4项环境试验和1项电安全试验。此外，电池还需要完成1项环境试验和1项电安全试验，电池组则需要增加1项电安全试验。UN 38.3也为每个测试项目提出了试验条件，明确了对电池和电池组的充放电次数和荷电状态的要求。

表1 GB 31241-2014和UN 38.3测试项目总结

2 GB 31241与UN 38.3比较

2.1 高度模拟

为了模拟运输中可能出现的低气压条件，GB 31241设置了低气压试验，UN 38.3设置了高度模拟试验。两项试验均是将电池或电池组放置在压强为16.5 kPa、温度为20±5 ℃的真空箱中6 h，并观察电池和电池组有无起火、爆炸及漏液等现象。此外，UN 38.3还要求在试验后测试电池或电池组的开路电压，且压降不得超过10%。

2.2 温度试验

温度试验用来考查电池和电池组的密封完善性和内部电连接。在温度循环试验中，GB 31241和UN 38.3都要求锂离子电池和电池组在-40～75 ℃循环10次，对应小电池来说，都需要在最高和最低温度分别保持6 h。此外，GB 31241还要求电池完成热滥用试验，电池组完成高温使用试验。热滥用试验要求电池在130±2 ℃的温度条件下保持30 min；电池组的高温使用试验则需要电池组在至少为80 ℃的环境下保持至少7 h。GB 31241增加的这两项试验，是考虑到实际中有可能发生的高温使用情况。对于高温条件来说，这两项试验设置的温度要求比UN 38.3更为严格，不过，这两项试验都未考虑低温使用的情况。

2.3 振动试验

振动试验是模拟运输过程中发生的振动，以考查电池的安全性。UN 38.3和GB 31241的振动试验条件一致，都是利用正弦波形的振动测试方法，在3个互相垂直的方向上进行测试，振动频率在7～200 Hz之间摆动，在每个方向进行12次循环振动，每次循环为时15 min，每个方向共计3 h。在GB 31241中，圆柱形和扣式电池只需完成轴向和径向两个方向的振动试验即可，不需要再进行第3个方向的试验。

2.4 冲击试验

冲击试验用来模拟运输过程中，电池有可能发生的撞击。GB 31241和UN 38.3都是通过半正弦脉冲冲击的方法来进行试验。两种方法中脉冲冲击的峰值加速度均为150 gn，持续时间均为6 ms；但UN 38.3将大型电池和电池组的冲击峰值加速度降低至50 gn，持续时间延长到11 ms。在UN 38.3中，所有的电池和电池组均需在3个垂直方位的正反方向各冲击3次，总共经受18次冲击；在GB 31241中，圆柱形和扣式电池只需要在轴向和径向两个方向上各进行3次冲击，减少了冲击次数，缩短了试验时间。

2.5 外部短路

UN 38.3对电池和电池组都设置了高温外部短路试验，都要求在55±2 ℃的温度下经受总外电阻小于0.1 Ω的短路条件，并在此温度下保持至少1 h，在试验过程中，外壳温度不得超过170 ℃。GB 31241要求电池进行高温和常温外部短路两项试验，高温外部短路的试验条件与UN 38.3接近，但要求电池表面温度回到55±2 ℃后，继续保持30 min，判断标准也降为最高温度不得超过150 ℃。在常温外部短路试验中，将温度设定为20±5 ℃，其他要求与高温外部短路一致。对于电池组，GB 31241只要求进行短路试验，温度应为20±5 ℃。不过该试验对于试验结果的判断中没有对温度的要求。从试验条件上来看，GB 31241对于电池的要求更严格，但对电池组而言，UN38.3的测试条件更严格。

2.6 撞击试验

UN 38.3要求所有的电池和电池组都要完成撞击试验，试验过程是：将一根直径为15.8 mm的不锈钢横棒放在试样中心，将一块质量为9.1 kg的重锤从61±2.5 cm的高处落到试样上，整个试验要求电池和电池组的外部温度不得超过170 ℃，在6 h内不能解体或燃烧。GB 31241要求所有电池都要完成跌落、挤压和重物冲击等3项试验，电池组则只需完成跌落试验。GB 31241的撞击试验与UN 38.3的条件一致，但未提出外部温度的要求。GB 31241的挤压试验是将13.00±0.78 kN的力，加载在两个平板间。GB 31241要求的跌落试验是将满电态电池或电池组从1.0 m或1.5 m的高度自由落体，跌落于混凝土板上，并要求在试验过后进行一次充放电循环。

2.7 过充电

过充电试验是为了评估电池组承受过充电状况的能力。UN 38.3的过充电试验只要求电池组进行；GB 31241不但要求电池组进行过压充电和过流充电试验，还要求电池进行过充电试验。UN 38.3和GB 31241设置的过充电条件不同。GB 3241规定的过充条件是将充电电流增加到最大连续充电电流的两倍，持续充电24 h，并且保证试验的最小电压达到规定值。GB 31241中电池的过充试验是使用满足条件要求的充电电流对电池进行充电，然后维持规定的电压进行恒压充电。电池组的过压充电是电池组充满后，保持该电压并继续以最大充电电流充电，过流充电是电池放完电后，以1.5倍的过流充电保护电流进行恒流充电。GB 31241对于过充电设置的试验内容更多；而UN 38.3设置的试验时间更长。

2.8 强制放电

强制放电主要是考查电池和电池组承受强制放电状况的能力。UN 38.3只要求电池进行强制放电试验；GB 31241除了电池要进行强制放电外，还要求电池组进行欠压放电试验。UN 38.3的强制放电是通过将电池串联至12 V的直流电源，按照规定的放电电流和放电时间进行强制放电。GB 31241设定的电池强制放电试验使用1CA电流反向充电90 min。此外，GB 31241还要求电池组进行欠压放电、过载和反向充电试验，以评估电池组的放电能力。欠压放电是以最大放电电流恒流放电；过载是以1.5倍的过流放电保护电流恒流放电；反向充电是以推荐充电电流反向充电。从试验内容上看，GB 31241设置的电池组的放电试验更多，以测试在不同的放电方式下电池组的安全性能。

3 GB 31241的其他试验

除了与UN 38.3相近的试验内容，GB 31241还设置了其他一些试验，来保证电池和电池组的安全。在环境试验中，GB 31241对电池提出了燃烧喷射试验的要求，考查电池的燃烧或爆炸危险性。对于电池组，GB 31241还提出了应力消除、洗涤及阻燃的要求，这些要求从实际情况出发，保证了锂离子电池的安全。

GB 31241对电池组的保护电路及系统保护电路也提出了测试要求，主要集中在电池组充放电、过载、短路情况下系统的保护和控制上。除了电池和电池组本身的安全性试验外，还通过保护电路来保护电池和电池组的安全。

4 GB 31241和UN 38.3样品数目的比较

要完成所有的试验，UN 38.3和GB 31241在试验样品数目上有所不同，GB 31241要求的样品数量更少。全套的UN 38.3电池测试，共需要40只电池样品，电池组测试共需要8个电池组样品和20只组成电池芯样品。完成GB 31241所要求的所有试验，总共需要27只电池样品和33个电池组样品。

5 结论

分析对比后，可以得出如下结论：

GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》设定了更多的测试项目，通过多方面的测试来考查锂离子电池和电池组的安全；UN 38.3作为锂离子电池运输的通行标准，更侧重于考查锂离子电池的运输安全。

GB 31241与UN 38.3在大多数试验中要求的试验条件和判断标准都比较一致，GB 31241对电池组保护电路和系统保护电路提出了安全测试要求。

GB 31241在试验样品数量、一些项目的具体测试要求上和UN 38.3有所不同，尤其是在过度充电、强制放电等测试项目上，两者的试验条件差别较大。

总体而言，GB 31241从电池、电池组和保护电路等多方面设置测试项目，考查锂离子电池的安全性能，对提高锂离子电池的使用安全和运输安全具有一定的积极作用，但在锂离子电池进行海运和空运时，仍要按UN 38.3的要求进行测试，以保障运输安全。

[1] GB 31241-2014，便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求[S].

[2] 关于危险货物运输的建议书——试验和标准手册(第5修订版)[S].

[3] HE Peng-lin(何鹏林)，GUO Zi-qi(郭子绮)，SUN Jian-bo(孙建波). 锂离子电池安全标准GB 31241-2014浅析[J]. China Standards Review(中国标准导报)，2015(3)：26-29.

[4] HE Peng-lin(何鹏林)，WANG Li-wen(王黎雯). 《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》解析[J]. Information Technology & Standardization(信息技术与标准化)，2015，(3)：37-40.

[5] 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.

[6] MH/T 1052：2013，航空运输锂电池测试规范[S].

[7] 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)：277-230.

The comparison of Li-ion battery national standard GB31241 and UN 38.3

YANG Qiang，LI Qian

(ChinaAcademyofCivilAviationScienceandTechnology，Beijing100028，China)

National standard GB 31241-2014 Lithium ion cells and batteries used in portable electronic equipments - Safety requirements and UN 38.3 were compared in test requirements and sample numbers. In order to determine the safety of Li-ion battery，more tests for lithium cells，lithium batteries and protection circuits were set up in GB 31241 than in UN 38.4，but there were differences in the sample numbers and certain test conditions between GB 31241-2014 and UN 38.3.

GB 31241； UN 38.3； Li-ion battery； transport； standard； safety

杨 强(1977-)，男，四川人，中国民航科学技术研究院工程师，博士，研究方向：危险品航空运输,本文联系人；

TM912.9

A

1001-1579(2016)01-0046-03

2015-07-08

李 茜(1984-)，女，北京人，中国民航科学技术研究院工程师，硕士，研究方向：危险品航空运输。