在“碳達峰、碳中和”的目標愿景下，新能源行業迎來新的發展機遇，儲能電池系統在民用及商用中廣泛被業界接受，使用范圍越來越廣，諸如光伏發電、風能發電、不間斷電源UPS、5G通訊、大型工商儲能等領域。
在各國推行的新能源政策支持下，儲能行業正在大步走向規模化商業模式。隨之而來的是儲能電池成品、半成品的物流運輸包裝的開發與研究。在物流運輸包裝設計體系中，需要充分考慮產品、環境、包裝、人的因素，才能設計出成本、質量、功能等恰到好處的物流運輸包裝。
1.儲能類軟包電池CorePack的一般特性
儲能電池內部電芯主要有方殼、圓柱、軟包三種形態。軟包電池不像方殼、圓柱電池自身有堅固的金屬外殼，在結構上采用鋁塑膜將電池隔膜、電解液、正負極極片等卷繞封裝而成。
儲能軟包電池隨著客戶需求的不同組成方式也有差異，最常見的是軟包電池半成品CorePack及成品電池Pack模組。軟包電池CorePack主要由軟包電芯、轉接板、塑膠上下蓋組成，其示意圖見圖1。
2.運輸流通環境分析
軟包電池CorePack標準化結構，能滿足不同客戶的個性化需求，可以使用一個或多個CorePack再加BMS、外機殼等組裝成新的電池包。
其流通環節為工廠到工廠，結合電池本身的重量和產品尺寸，單個聯運托盤模數一般為12pcs、16pcs、20pcs等，滿足海運集裝箱裝柜。
聯運托盤堆碼通常為二或三層，需同時滿足機械吊裝和人機工程學要求，因此聯運托盤裝貨總高度一般不超過1.1m。在此流通環境中采用集合包裝，能夠滿足包裝防護需求及達到控制成本的目的。
2.1產品保護
包裝必須使被包裝物從出廠起，經運輸、儲存、裝卸，最終送到用戶手中為止的全過程得到保護。
軟包電池CorePack是由軟包電芯堆疊而成，無有效剛性支撐，產品在倉儲流通等環節不能受壓，因此需要借助外部包裝防止軟包電芯擠壓變形，對包裝防護要求極為苛刻。需選擇回彈性良好的包裝材料進行緩沖防振保護，并在堆疊的每層產品間使用包裝材料起到支撐防護作用。
2.2產品裝卸運輸倉儲
軟包電池CorePack由于托盤單元重量在400kg～600kg，裝卸過程中需使用叉車堆疊或轉運，存在一定的跌落風險。
運輸方式主要為汽運和海運，汽運會受到不同程度的振動和沖擊，海運還會因高溫高濕環境導致堆碼強度降低，客戶長時間倉儲也會影響堆碼強度。
基于產品的特性、運輸倉儲環境的分析，需要進行合理的包裝防護設計，滿足各個環節過程中對產品的保護，以實現完整的交付。
3.產品集合運輸包裝設計
集合包裝是指將一定數量的產品或包裝件組合在一起，形成一個合適的運輸單元，以便裝卸、儲存和運輸。相比于傳統單件包裝，更利于機械化作業，具有提升效率、降低勞動強度，縮小包裝體積，降低包材、運輸、倉儲成本等優勢。
對于集合包裝設計而言，首先，選擇合適的托盤、圍板箱尺寸，同時選擇易于包裝、拆卸的包裝容器；其次，確定CorePack在包裝容器中的形態、擺放方式、堆碼層數；最后，評估集裝箱裝載率及承載率。
本文以單元尺寸為440mm×386mm×128mm，總數16個CorePack為例進行運輸包裝設計。采用緩沖件包裝＋支撐防護部件＋圍板箱結構，按每層4個、每托盤4層的集合包裝方式進行設計。
3.1局部緩沖包裝件
緩沖包裝是為了在振動、跌落、沖擊過程中能夠有效吸收能量，確保外形和功能完好而設計的、具有緩沖防震作用的包裝。局部緩沖在包裝件的邊、角、局部施用緩沖材料襯墊，不減低緩沖效果，能節約緩沖材料，降低包裝成本的作用。
EPE具有很好的加工性能，便于大規模作業；具有高回彈性，使得產品包裝有很好的抗沖擊性，特別是多次沖擊緩沖效果幾乎保持不變，且符合環保標準，是出口產品的優良選擇。
小圍框將緩沖泡棉、軟包電池形成一個獨立的緩沖包裝件?？紤]到軟包電池CorePack在裝卸、運輸過程中可能受到的沖擊振動因素及成本的合理性。
本設計采用C-σm方法進行設計計算，根據C-σm曲線查得C=3.8，σm=1.7×105Pa，并已知軟包電池CorePack質量M=30kg，產品脆值G=40，跌落高度H=0.2m，緩沖襯墊材料EPE的密度ρ=22kg/m3，根據下列公式可計算出緩沖襯墊的面積A為
EPE因為層粘，故采用T=2cm的板材加工。根據克斯特那經驗公式進行校核：，故設計安全。設計局部緩沖包裝結構見圖2。
3.2集合包裝部件
軟包電池CorePack由于自身結構缺乏一定剛性的原因，常規的紙箱包裝方式都會使產品受到一定壓力，從而影響軟包電芯的產品結構，必須加強包裝的支撐防護。
木箱包裝具有良好的強度，但是綜合成本高。因此采用紙與膠合板結合的方式，對單個軟包電池CorePack采用小圍框包裝，每層4個采用蜂窩紙板分層。
小圍框中部位置開槽并嵌入長條型膠合板，膠合板具有優良的抗彎性能，蜂窩板具有優良的垂直抗壓性能但抗彎性能較差，兩者相結合能防止蜂窩紙板變形擠壓到軟包電池。
膠合板與小圍框接觸位置加豎直方向的瓦楞紙支撐塊以加強支撐作用，單個軟包電池CorePack的水平及豎直方向的支撐防護均得到加強，最外層加裝大圍框固定形成集合包裝的運輸單元。
包裝結構見圖3。
4.可靠性試驗驗證
結合產品流通特性及產品集合包裝方式，采用國際通用運輸包裝測試標準ISTA3E進行包裝驗證試驗，該標準用于模擬包裝件在運輸倉儲過程中遇到的氣候、振動、沖擊、跌落、堆碼的因素。
試驗順序如下：
1）環境預處理：60℃相對濕度85%±5%放置12小時；
2）機械沖擊測試：采用沖擊速度為1.1米/秒斜面沖擊；
3）旋轉棱跌落測試：一棱墊高100mm，相對棱抬高200mm釋放；
4）堆碼測試：負載19600N持續1小時；
5）隨機振動測試：1～200Hz隨機振動180分鐘；
6）旋轉棱跌落測試：一棱墊高100mm相對棱抬高200mm釋放。
試驗結束后檢測軟包電池Corepack的電性能、通訊性能及外觀，結果表明各項性能指標正常，轉接板銅排無變形，單體軟包電芯無異常。
結語
儲能軟包電池Corepack包裝設計，綜合了產品特性、客戶需求以及運輸流通環境中對包裝設計的約束要求。
采用局部緩沖包裝的方式、加大小圍框及充分結合膠合板、蜂窩紙板、瓦楞紙板各自的優勢形成的集合包裝，彌補了產品自身強度不足，并通過ISTA3E運輸包裝試驗驗證，為儲能類軟包電池Corepack運輸提供了完整且經濟實惠的整體包裝解決方案。
參考資料：儲能軟包電池Core Pack 的運輸包裝設計；作者：彭真、李澤亞，東莞新能安科技有限公司；李春球，廣州質量監督檢測研究院
原文始發于微信公眾號（艾邦儲能與充電）：儲能軟包電池Core Pack的運輸包裝設計