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用热管理方案解决锂电池航空运输安全问题
作者:摩根热陶瓷中国
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纳米材料/工业陶瓷展厅
空心微珠, 金刚石微粉, 纳米金, 纳米铂金, 纳米铜, ...
执行摘要

摩根先进材料(Morgan Advanced Materials)采取的创新举措推动了一种新颖的解决方案的开发,用以解决民用飞机运输锂电池时可能引发的问题。多年来,这种电池的热失控问题已经引发了一些非常严重的事故,因而促使国际民航部门采取有力措施来加强其作为货物运输时的安全性。然而,这些电池仍然被成千上万的乘客随身携带,同样有过热的可能,这将构成持续的危险。现在,利用摩根公司最新的材料技术开发出一种安全、可靠的解决方案,并且与领先的航空公司协力进行了测试。

锂电池造成的问题

锂电池现在几乎无处不在,它能为笔记本和平板电脑、MP3播放器、手机和照相机以及无线设备提供动力。这意味着许多航空旅客将携带至少一个电池登上飞机。

虽然这些电池通常都是可靠的,但是问题在于它们在少数情况下有可能过热并起火。虽然这可能是极少数现象,并且在陆地环境或其他交通工具上能从容处理,但是在飞机这样的封闭空间内,通常载有几百名乘客以及机组人员,像火灾这样的事故是必须严格杜绝的。

问题主要与可能产生的热失控相关。从本质上而言,热失控是一种热量产生的自动加速过程,伴随着温度的快速升高,并且会从产品外壳排出可燃的气体和液体。简单来说,仅仅一个电池过热就可能在短短几分钟内引起无法控制的火灾、爆炸或压力波,这三种情况甚至可能同时发生。关键的挑战在于在飞机上如何阻止上述情况在单个电池、电池模组、电池包与周围的事物之间的蔓延,从而拖延时间以采取紧急措施来进行安全着陆。

在理想的情况下,生产商会采用能防止热失控发生的化学物质和电池结构。然而,增加能量密度(对电池来说就是需要存储更多电荷)的要求让这个工作极具挑战,特别是在空间要求苛刻的应用中尤其如此。

从1991年3月至2016年1月期间,美国联邦航空局(FAA)记录了总计171次事件与作为行李或货物的电池有关联。随着时间的推移,锂电池引发的这些事件所占比例逐年升高。

在有些情况下这些事件造成了灾难性的后果。2006年,美国费城的一架UPS DC-8货运飞机上发生的火灾将飞机彻底毁坏。四年后,另一架载满81,000个锂电池的飞机起火,从迪拜起飞后不久就坠毁了,并导致两人死亡。一年后,两名机组人员在喷气式货机坠入中国东海时丧生,事情就发生在一名机组人员报告称飞机上发生火灾后不久。

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法律如何规定?

目前主要有两种类型的锂电池——锂原电池(UN3090)和锂离子电池(UN 3480)。这两种类型的电池可能引发火灾的风险一向被有关部门公认,它们也因此被美国联邦法规第49条、危险物质管理条例(Hazardous Materials Regulations)和国际民航组织(ICAO)技术规范列为第9类危险材料。

1999年,在洛杉矶机场发生了一起涉及120,000个锂原电池的火灾,导致美国国家运输安全委员会提出了与5项消防和安全建议有关的议题,并引发了研究与特别项目管理局(Research and Special Programs Administration,RSPA)和美国联邦航空局(FAA)进行相关调查,FAA危险货物建议公告(DAGB)00-02也是与此有关。

随后的研究表明,锂原电池引起的火灾不能被卤代烷(halon)灭火器充分控制,因此,美国联邦航空局在2005年,以及国际民航组织(ICAO)从2015年年初开始,都禁止在民航客机中运输锂原电池。

同时,美国联邦航空局发布的运营商安全警告(SAFO)16001“锂离子电池或锂金属电池作为客运和货运飞机货物运输时发生火灾或爆炸的危险”,建议运营商在用货机运输锂离子电池或锂金属电池之前,应该认识到国际民航组织和主要的飞机制造商(波音和空客)都建议运营商进行安全风险评估,以确定是否能够并且如何管理与这些物品运输相关的风险。

除了这些建议,法规也变得更加严格。2016年2月22日,国际民航组织通过了禁止在飞机上携带UN3480锂离子电池作为货物的禁令,于2016年4月1日起生效。

为了详细说明这一要求,国际民航组织“危险货物空运安全技术规范(Technical Instructions for the Safe Transport of Dangerous Goods by Air)”2015/16(9284文件)还规定,运输的锂离子电池和电池组必须保证电量状态(SoC)不超过额定设计能力的30%,还有允许的包装和标签内容的详细信息。

虽然对锂原电池和锂离子电池作为货物运输的限制日渐严格,然而这些限制并没有针对它们在飞机机舱内被乘客携带。即便如此,航空公司也已认识到需要解决这一问题。

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解决方案

摩根认识到问题是与电池过热有关,并且需要尽量减少火灾风险以及提供绝缘材料来控制热量传播,他们着手利用其丰富的先进绝缘技术来开发解决方案。

在用来阻止热能传播的高性能绝缘材料领域,摩根是全球知名的专家,并且也提供用于封装飞行数据记录器FDR和驾驶舱语音记录仪(CVR)产品的材料,在石油与天然气领域,用其FireMaster® Marine Plus Blanket防火毯包裹近海开采设施的生活区,为其结构提供保护,从而让钻井平台的工作人员在突发火灾时有足够的逃离时间。

将摩根的材料进行各种配置和组合,能够有效地隔热阻燃,将火灾风险控制到最小,并且有效阻止传热。

这种理想的袋子解决方案使用了该公司的核心产品——FireMaster Marine Plus 防火毯,通常用来长时间地保护FRP复合材料、钢、铝结构。

外层包括硅胶涂层玻璃布和钩环搭扣带,一旦物品被放入袋中便可确保袋子密封。选择的材料使其即使是与水接触也能保持完整性,这样可以立即帮助过热电池降低温度。

袋子的尺寸为500毫米x 500毫米,以常用于热防护服和焊接设备的耐高温纱线缝制。

这些袋子已经与德国汉莎航空集团旗下的德国之翼航空公司(Germanwings)一起进行了广泛的测试。

您也可以在以下网站获得关于摩根技术的进一步信息:www.morganfireprotection.com/battery-bags。

Thomas Schwarz和Peter Ermtraud是摩根先进材料公司热产品(Thermal Products)事业部的员工。
文章内容仅供参考 (投稿) (6/27/2016)
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