在“碳达峰、碳中和”的目标愿景下，新能源行业迎来新的发展机遇，储能电池系统在民用及商用中广泛被业界接受，使用范围越来越广，诸如光伏发电、风能发电、不间断电源UPS、5G通讯、大型工商储能等领域。
在各国推行的新能源政策支持下，储能行业正在大步走向规模化商业模式。随之而来的是储能电池成品、半成品的物流运输包装的开发与研究。在物流运输包装设计体系中，需要充分考虑产品、环境、包装、人的因素，才能设计出成本、质量、功能等恰到好处的物流运输包装。
1.储能类软包电池CorePack的一般特性
储能电池内部电芯主要有方壳、圆柱、软包三种形态。软包电池不像方壳、圆柱电池自身有坚固的金属外壳，在结构上采用铝塑膜将电池隔膜、电解液、正负极极片等卷绕封装而成。
储能软包电池随着客户需求的不同组成方式也有差异，最常见的是软包电池半成品CorePack及成品电池Pack模组。软包电池CorePack主要由软包电芯、转接板、塑胶上下盖组成，其示意图见图1。
2.运输流通环境分析
软包电池CorePack标准化结构，能满足不同客户的个性化需求，可以使用一个或多个CorePack再加BMS、外机壳等组装成新的电池包。
其流通环节为工厂到工厂，结合电池本身的重量和产品尺寸，单个联运托盘模数一般为12pcs、16pcs、20pcs等，满足海运集装箱装柜。
联运托盘堆码通常为二或三层，需同时满足机械吊装和人机工程学要求，因此联运托盘装货总高度一般不超过1.1m。在此流通环境中采用集合包装，能够满足包装防护需求及达到控制成本的目的。
2.1产品保护
包装必须使被包装物从出厂起，经运输、储存、装卸，最终送到用户手中为止的全过程得到保护。
软包电池CorePack是由软包电芯堆叠而成，无有效刚性支撑，产品在仓储流通等环节不能受压，因此需要借助外部包装防止软包电芯挤压变形，对包装防护要求极为苛刻。需选择回弹性良好的包装材料进行缓冲防振保护，并在堆叠的每层产品间使用包装材料起到支撑防护作用。
2.2产品装卸运输仓储
软包电池CorePack由于托盘单元重量在400kg～600kg，装卸过程中需使用叉车堆叠或转运，存在一定的跌落风险。
运输方式主要为汽运和海运，汽运会受到不同程度的振动和冲击，海运还会因高温高湿环境导致堆码强度降低，客户长时间仓储也会影响堆码强度。
基于产品的特性、运输仓储环境的分析，需要进行合理的包装防护设计，满足各个环节过程中对产品的保护，以实现完整的交付。
3.产品集合运输包装设计
集合包装是指将一定数量的产品或包装件组合在一起，形成一个合适的运输单元，以便装卸、储存和运输。相比于传统单件包装，更利于机械化作业，具有提升效率、降低劳动强度，缩小包装体积，降低包材、运输、仓储成本等优势。
对于集合包装设计而言，首先，选择合适的托盘、围板箱尺寸，同时选择易于包装、拆卸的包装容器；其次，确定CorePack在包装容器中的形态、摆放方式、堆码层数；最后，评估集装箱装载率及承载率。
本文以单元尺寸为440mm×386mm×128mm，总数16个CorePack为例进行运输包装设计。采用缓冲件包装＋支撑防护部件＋围板箱结构，按每层4个、每托盘4层的集合包装方式进行设计。
3.1局部缓冲包装件
缓冲包装是为了在振动、跌落、冲击过程中能够有效吸收能量，确保外形和功能完好而设计的、具有缓冲防震作用的包装。局部缓冲在包装件的边、角、局部施用缓冲材料衬垫，不减低缓冲效果，能节约缓冲材料，降低包装成本的作用。
EPE具有很好的加工性能，便于大规模作业；具有高回弹性，使得产品包装有很好的抗冲击性，特别是多次冲击缓冲效果几乎保持不变，且符合环保标准，是出口产品的优良选择。
小围框将缓冲泡棉、软包电池形成一个独立的缓冲包装件。考虑到软包电池CorePack在装卸、运输过程中可能受到的冲击振动因素及成本的合理性。
本设计采用C-σm方法进行设计计算，根据C-σm曲线查得C=3.8，σm=1.7×105Pa，并已知软包电池CorePack质量M=30kg，产品脆值G=40，跌落高度H=0.2m，缓冲衬垫材料EPE的密度ρ=22kg/m3，根据下列公式可计算出缓冲衬垫的面积A为
EPE因为层粘，故采用T=2cm的板材加工。根据克斯特那经验公式进行校核：，故设计安全。设计局部缓冲包装结构见图2。
3.2集合包装部件
软包电池CorePack由于自身结构缺乏一定刚性的原因，常规的纸箱包装方式都会使产品受到一定压力，从而影响软包电芯的产品结构，必须加强包装的支撑防护。
木箱包装具有良好的强度，但是综合成本高。因此采用纸与胶合板结合的方式，对单个软包电池CorePack采用小围框包装，每层4个采用蜂窝纸板分层。
小围框中部位置开槽并嵌入长条型胶合板，胶合板具有优良的抗弯性能，蜂窝板具有优良的垂直抗压性能但抗弯性能较差，两者相结合能防止蜂窝纸板变形挤压到软包电池。
胶合板与小围框接触位置加竖直方向的瓦楞纸支撑块以加强支撑作用，单个软包电池CorePack的水平及竖直方向的支撑防护均得到加强，最外层加装大围框固定形成集合包装的运输单元。
包装结构见图3。
4.可靠性试验验证
结合产品流通特性及产品集合包装方式，采用国际通用运输包装测试标准ISTA3E进行包装验证试验，该标准用于模拟包装件在运输仓储过程中遇到的气候、振动、冲击、跌落、堆码的因素。
试验顺序如下：
1）环境预处理：60℃相对湿度85%±5%放置12小时；
2）机械冲击测试：采用冲击速度为1.1米/秒斜面冲击；
3）旋转棱跌落测试：一棱垫高100mm，相对棱抬高200mm释放；
4）堆码测试：负载19600N持续1小时；
5）随机振动测试：1～200Hz随机振动180分钟；
6）旋转棱跌落测试：一棱垫高100mm相对棱抬高200mm释放。
试验结束后检测软包电池Corepack的电性能、通讯性能及外观，结果表明各项性能指标正常，转接板铜排无变形，单体软包电芯无异常。
结语
储能软包电池Corepack包装设计，综合了产品特性、客户需求以及运输流通环境中对包装设计的约束要求。
采用局部缓冲包装的方式、加大小围框及充分结合胶合板、蜂窝纸板、瓦楞纸板各自的优势形成的集合包装，弥补了产品自身强度不足，并通过ISTA3E运输包装试验验证，为储能类软包电池Corepack运输提供了完整且经济实惠的整体包装解决方案。
参考资料：储能软包电池Core Pack 的运输包装设计；作者：彭真、李泽亚，东莞新能安科技有限公司；李春球，广州质量监督检测研究院
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原文始发于微信公众号（艾邦储能与充电）：储能软包电池Core Pack的运输包装设计