董利奎，楊　強(中國民航科學技術(shù)研究院，北京100028)

鋰離子電池國標GB 31241-2014與民航運輸標準MH/T 1052-2013的比較

董利奎，楊強
(中國民航科學技術(shù)研究院，北京100028)

介紹了國標GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》與我國民用航空行業(yè)標準MH/T 1052-2013《航空運輸鋰電池測試規(guī)范》的主要內(nèi)容，對二者的實驗條件和結(jié)果要求進行了詳細的比較。雖然GB 31241通過設(shè)置更多的實驗內(nèi)容來更全面地對鋰電池和鋰電池組進行測試，以保證鋰電池的安全，但是該標準在樣品數(shù)量、實驗條件等方面與MH/T 1052存在一定差異，因此在航空運輸中，鋰離子電池和電池組仍需滿足MH/T 1052的相關(guān)要求。

GB 31241；MH/T 1052；鋰電池；航空運輸；標準

隨著鋰電池生產(chǎn)技術(shù)的進步和電子產(chǎn)品的普及，鋰電池在人們的生活中變得越來越重要。與此同時，由于鋰電池自身的特性，有可能會發(fā)生起火、爆炸等不安全事件，其安全隱患也逐漸引起了人們對于鋰電池安全的擔憂。由于鋰電池的安全涉及物理、化學、材料、加工等多個行業(yè)，與生產(chǎn)、運輸、使用等多個環(huán)節(jié)密切相關(guān)，解決鋰電池的安全問題涉及的領(lǐng)域多、難度大，因此鋰電池的安全問題成為了困擾鋰電池行業(yè)健康發(fā)展的難題。

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2014年12月5日正式發(fā)布了GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》[1]，該標準由工業(yè)和信息化部提出，作為國家強制標準，于2015年8月1日正式實施。該標準重點關(guān)注不超過18 kg電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組的安全要求[2]，這些要求同樣適用于“充電寶”所選用的鋰離子電池和電池組。標準的制訂參考了國內(nèi)外眾多的鋰電池標準[3]，該標準的出臺有利于治理目前鋰離子電池生產(chǎn)質(zhì)量良莠不齊的亂象，提高鋰離子電池和電池組的安全。

鋰電池和電池組的安全包括使用安全和運輸安全。與用戶使用的單個鋰電池相比，集中運輸?shù)匿囯姵財?shù)量更多、安全隱患更大，因此鋰電池和電池組的運輸安全也一直是運輸管理部門的關(guān)注重點。尤其是隨著電子商務(wù)的迅速發(fā)展和全球貿(mào)易的不斷進步，要求物流鏈越來越快捷高效，利用飛機運輸?shù)匿囯姵丶昂袖囯姵氐碾娮赢a(chǎn)品越來越多，對于航空運輸安全的威脅越來越大。目前，對于鋰電池起火缺乏有效的滅火手段，單個起火的鋰電池極易發(fā)生熱傳遞引燃附近的其他鋰電池，加上航空運輸?shù)奶厥庑裕坏╀囯姵卦陲w機上起火或爆炸，將很可能導(dǎo)致航空安全事故。

我國民航部門于2013年制訂并頒布了中華人民共和國民用航空行業(yè)標準MH/T 1052-2013《航空運輸鋰電池測試規(guī)范》，為鋰電池的安全航空運輸提供指導(dǎo)。該項標準由中國民用航空局運輸司提出，中國民航科學技術(shù)研究院(中國民用航空局航空安全技術(shù)中心)負責起草，中國民用航空局發(fā)布，于2013年5月1日正式實施。標準制訂過程中參考了IATA《危險品規(guī)則》、聯(lián)合國《關(guān)于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書——實驗和標準手冊》以及中國民用航空行業(yè)標準MH/T 1020《鋰電池航空運輸規(guī)范》等國內(nèi)外的標準和相關(guān)規(guī)定，吸取了航空公司、危險品運輸條件鑒定機構(gòu)以及民航管理機構(gòu)的意見。該標準符合我國國情，并且滿足國際、國內(nèi)航空運輸安全的需要。

1 GB 31241與MH/T 1052介紹

1.1GB 31241簡介

GB 31241將所有的測試內(nèi)容分成了實驗條件、一般安全要求、環(huán)境實驗、電安全實驗、電池保護電路安全要求和系統(tǒng)保護電路安全要求共6項，如表1所示。其中，針對電池和電池組安全共提出了13項環(huán)境實驗和11項電安全實驗。在13項環(huán)境實驗中，電池和電池組都需要分別完成其中9項實驗，在11項電安全實驗中，電池和電池組分別需要完成其中的4項和7項。此外，該項標準還對電池組保護電路安全和系統(tǒng)保護電路安全分別提出了6項和5項實驗。對于電池的一致性，國標雖然有所指出，但是并沒有提出具體的要求。

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可以看出，GB 31241在電池、電池組、電池保護電路和系統(tǒng)保護電路等多個方面提出了測試要求，以便多方位考察鋰離子電池和電池組的安全性能。

1.2MH/T 1052簡介

MH/T 1052《航空運輸鋰電池測試規(guī)范》中規(guī)定的測試內(nèi)容包括電池和電池組測試以及包裝件測試兩個部分。通常情況下，所有航空運輸?shù)匿囯姵睾碗姵亟M都需要通過電池和電池組測試，如果包裝件中有單獨放置的低能量鋰電池或鋰電池組，還需要通過包裝件測試。規(guī)范中電池和電池組的測試主要是以UN 38.3為基礎(chǔ)，設(shè)置了高度模擬實驗、溫度實驗、振動、沖擊、外部短路、撞擊和擠壓、過度充電和強制放電共8個實驗項目。包裝件測試主要是1.2 m跌落實驗。表2為MH/T 1052測試項目。

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MH/T 1052作為民用航空行業(yè)標準，關(guān)注重點是鋰電池的航空運輸安全，在制訂時充分考慮了航空運輸國際化的特點，吸收了UN 38.3作為標準編制的基礎(chǔ)，并提出了包裝件的測試要求。該標準對于保障鋰電池的航空運輸安全具有重要作用，并對鋰電池的其他運輸方式具有參考價值。

2 GB 31241與MH/T 1052比較

GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》在關(guān)注用戶使用安全的同時，也著力關(guān)注鋰離子電池和電池組的運輸安全，不過，該部標準與民航運輸標準MH/T 1052在具體的實驗內(nèi)容及實驗條件上仍然存在一定的差異。

2.1電池和電池組實驗項目比較

MH/T 1052將電池和電池組的實驗項目分成了8項，模擬了在航空運輸中可能出現(xiàn)的氣壓降低、溫度變化、機械振動、撞擊擠壓等情況，觀察在這些情況下電池和電池組的反應(yīng)，還考察了發(fā)生外部短路、過度充電和強制放電過程對電池安全性的影響。在GB 31241中，主要在環(huán)境實驗和電安全實驗中設(shè)置了實驗項目對電池和電池組在不同運輸環(huán)境和充放電行為下的表現(xiàn)進行考察，具體實驗項目的比較列于表3中。

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從表3中可以看出，每一項考察內(nèi)容上MH/T 1052和GB 31241都有相同或近似的測試項目，對于某些考察內(nèi)容，GB 31241設(shè)置了更多的測試項目，對鋰電池或鋰電池組的安全性能進行更為全面的測試。

2.1.1高度模擬

GB 31241和MH/T 1052對于空運中會出現(xiàn)的低氣壓運輸條件進行了模擬，都是將電池或電池組放置在真空箱中一段時間，二者設(shè)置的具體測試條件和結(jié)果判定標準也比較一致，通過觀察實驗電池或電池組有無起火、爆炸、漏液等現(xiàn)象來判斷是否通過測試。不同的是，MH/T 1052還規(guī)定，與實驗前相比，測試電池或電池組在實驗后的開路電壓壓降不得超過10％。

2.1.2溫度實驗

對于溫度實驗，GB 31241和MH/T 1052的設(shè)置條件也比較接近，都需要在－40～75℃的溫度范圍內(nèi)循環(huán)10次，每次都在最高溫度和最低溫度分別保持6 h。不同的是，GB 31241對電池和電池組分別增加了熱濫用測試和高溫使用測試。在電池的熱濫用測試中，實驗箱的溫度需要達到(130±2)℃并保持一定時間；對于電池組的高溫使用實驗，實驗箱溫度則需要至少達到80℃并保持一段時間。GB 31241這兩個實驗設(shè)置的溫度要求更為苛刻。

2.1.3振動實驗

MH/T 1052的振動實驗條件是利用正弦振動測試的方法，在3個互相垂直的方向上依次進行振動實驗，每個方向進行12個循環(huán)，各計3 h。在GB 31241中，對方型和軟包電池按照3個互相垂直的方向依次進行振動實驗，對圓柱型和紐扣型電池只需要在軸向和徑向兩個方向進行實驗。在具體的對數(shù)掃頻參數(shù)設(shè)置上，MH/T 1052將超過12 kg大電池組的峰值加速度降低到了2 gn(約25 Hz)，然后保持2 gn的加速度直到頻率增加到200 Hz。

2.1.4沖擊實驗

GB 31241和MH/T 1052都通過半正弦脈沖沖擊的方法模擬運輸過程中有可能發(fā)生的沖擊，來考察電池和電池組在沖擊作用下的安全性。兩個標準中脈沖沖擊的峰值加速度均為150 gn，持續(xù)時間均為6 ms。不同的是，MH/T 1052將大型電池和電池組的峰值加速度降低到50 gn，持續(xù)時間升高到11 ms，并且對于所有的電池和電池組，均在樣品3個垂直的正負方向各沖擊3次，整個實驗中電池和電池組總共沖擊18次。而GB 31241對方型和軟包裝電池和電池組在3個垂直的方向上各進行3次沖擊，對于圓柱型和紐扣型電池只需要在軸向和徑向兩個方向上各進行3次沖擊，縮短了實驗時間。

2.1.5外部短路

對于外部短路實驗，MH/T 1052中電池和電池組設(shè)置的溫度條件一樣，都是(55±2)℃。GB 31241在對電池進行外部短路測試時，設(shè)置了常溫和高溫兩個條件，其中高溫的溫度條件為(55±2)℃，常溫的溫度條件為(20±5)℃，對于電池組，GB 31241只需要在環(huán)境溫度下進行外部短路實驗即可。對于實驗結(jié)果的判定，MH/T 1052要求電池或電池組的外殼溫度不得超過170℃，而GB 31241要求不得超過150℃。從實驗條件上來看，對于電池來說，二者的實驗條件較為一致，GB 31241還增加了常溫下的外部短路實驗，對于溫度的要求也更為嚴格，對于電池組來說，MH/T 1052設(shè)置的測試條件更為苛刻。

2.1.6撞擊、擠壓實驗

撞擊和擠壓是在運輸過程中經(jīng)常發(fā)生的情況。在MH/T 1052中，直徑大于18 mm的圓柱形電池需要完成撞擊實驗，直徑小于18 mm的圓柱形電池以及棱柱形、袋形和紐扣形電池則需要完成擠壓實驗。GB 31241要求所有電池都要完成跌落、擠壓和重物沖擊三個實驗，電池組則只需要完成跌落實驗。MH/T 1052的撞擊實驗與GB 31241的重物沖擊實驗的條件和要求較為一致。二者的擠壓實驗條件也比較接近，不同的是MH/T 1052要求電池的外部溫度不能超過170℃，并在6 h內(nèi)不能起火。跌落實驗是GB 31241中電池和電池組都要開展的實驗項目，讓滿電的電池或電池組從1.0或者1.5 m的高度自由落體跌落于混凝土板上。

2.1.7過充電

MH/T 1052只需要對電池組進行過充實驗，GB 31241除對電池進行過充實驗外，還需要對電池組進行過壓充電和過流充電兩個實驗。MH/T 1052規(guī)定的過充條件是將充電電流增加到最大連續(xù)充電電流的兩倍，并持續(xù)充電24 h。GB 31241對電池的過充實驗是使用高于制造商推薦充電電流限值的電流對電池進行充電，然后維持標準中規(guī)定的電壓進行恒壓充電，對于電池組的過壓充電是以最大充電電流將電壓充至一定的電壓值，然后維持該電壓進行恒壓充電，對于過流充電是以1.5倍的過流充電保護電流進行恒流充電?？梢钥闯?，GB 31241對于過充電設(shè)置的實驗更多，而MH/T 1052的實驗時間更長。

2.1.8強制放電

MH/T 1052只要求電池完成強制放電實驗。強制放電通過串連至12 V的直流電源進行，初始電流為生產(chǎn)商規(guī)定的最大放電電流，放電時間為額定容量除以初始電流。GB 31241也要求電池進行強制放電實驗，實驗時使用1 CA電流反向充電90 min。GB 31241還要求電池組進行欠壓放電、過載和反向充電實驗。欠壓放電是以最大放電電流恒流放電，過載是以1.5倍的過流放電保護電流恒流放電，反向充電是以推薦充電電流反向充電。GB 31241通過更多的強制放電實驗，測試在不同的放電方式下電池組的安全性能。

2.2實驗樣品數(shù)目比較

除了具體實驗內(nèi)容上有所差別外，MH/T 1052和GB 31241在實驗樣品數(shù)目上也不一致。按照標準規(guī)定，完成MH/T 1052所有的電池實驗共需要40個電池樣品，完成所有的電池組實驗需要8個電池組樣品和20個組成電池芯樣品。GB 31241完成所有電池實驗總共需要27個電池樣品，完成電池組實驗需要33個樣品。

3 結(jié)論

GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》融合了IEC、UL、UN等眾多測試方法的特點，通過眾多的測試項目來保障鋰離子電池和電池組的安全。MH/T 1052作為民航的運輸標準，專門關(guān)注鋰電池的航空運輸安全，該標準以國際上航空運輸?shù)慕y(tǒng)一標準UN 38.3為基礎(chǔ)，考慮了國內(nèi)外的實際情況。通過上面的分析可以看出，GB 31241與MH/T 1052在大多數(shù)實驗中的條件和要求都比較一致；GB 31241還通過設(shè)置充電和放電的實驗內(nèi)容來測試電池保護電路和系統(tǒng)保護電路的電安全，MH/T 1052通過1.2 m跌落實驗對整個鋰電池包裝件在運輸過程中的包裝性能進行了檢測；此外GB 31241和MH/T 1052在實驗樣品數(shù)量、某些項目的具體測試條件等方面存在一定差異?？偟膩碚f，GB 31241的頒布實施對于提高鋰離子電池和電池組的安全具有積極作用，但是，當鋰離子電池和電池組進入航空運輸環(huán)節(jié)時，仍需滿足MH/T 1052的相關(guān)要求。

[1]楊剛.鋰離子電池安全國標宣貫會召開，首批企業(yè)獲頒強制國標認證證書[J].標準生活，2015(1)：8.

[2] 何鵬林，郭子綺，孫建波.鋰離子電池安全標準GB 31241-2014淺析[J].中國標準導(dǎo)報，2015(3)：26-29.

[3]何鵬林，王黎雯.《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》解析[J].信息技術(shù)與標準化，2015(3)：37-40.

Inter-comparison of lithium battery national standard GB 31241-2014 and civil aviation transport standard MH/T 1052-2013

DONG Li-kui,YANG Qiang
(China Academy of Civil Aviation Science and Technology,Beijing 100028,China)

GB 31241-2014 Lithium ion cells and batteries were used in portable electronic equipment.Safety requirements and MH/T 1052-2013 tests for lithium batteries transported by air were introduced and the test conditions and criteria were inter-compared in details.GB 31241 set up more tests for lithium cells and lithium batteries to determine the safety of lithium batteries,but it differed with MH/T 1052 in the sample numbers and test conditions,so lithium cells and batteries should meet the requirements of MH/T 1052 when transported by air.

GB 31241;MH/T 1052;lithium battery;transport by air;standard

TM 912

A

1002-087 X(2016)01-0221-04

2015-06-10

董利奎(1960—)，男，遼寧省人，學士，主要研究方向為航空運輸管理。