陳君璐

（廈門安防科技職業(yè)學(xué)院，福建 廈門 361102）

1 新能源冷藏集裝箱的發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)的冷藏集裝箱的基本類型按使用功能分為隔熱式、自冷式和冷熱式三類。隔熱式集裝箱設(shè)有隔熱層的箱體，不設(shè)制冷機(jī)組，這類箱子在一端有風(fēng)口，可外接冷風(fēng)，故又稱通風(fēng)式；自冷式集裝箱本身帶有制冷機(jī)組，其制冷機(jī)組又有機(jī)械式（固定機(jī)組式或掛裝機(jī)組式）和非機(jī)械式之分，機(jī)械式制冷機(jī)組多為R12、R22、R502或R134a等氟利昂制冷機(jī)，非機(jī)械式制冷機(jī)組利用液氮液態(tài)二氧化碳等制冷；冷熱式集裝箱類同于機(jī)械式，它除了能向集裝箱供冷之外，必要時(shí)還能對(duì)箱體加熱，提高并保持箱內(nèi)一定的溫度。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)高能耗、高污染、高成本的冷藏集裝箱已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求。2020年5月30日由我國自主研制的鋰電池冷藏集裝箱正式投入使用。這個(gè)搭載鋰電池的45 ft冷藏集裝箱由上海楊浦站駛出，箱內(nèi)溫度穩(wěn)定保持在-18 ℃，歷時(shí)4天安全抵達(dá)四川成都，箱內(nèi)搭載的25 t進(jìn)口凍肉品質(zhì)完好。經(jīng)過成本核算，運(yùn)輸全程共耗電為164.7 kW·h，實(shí)際電費(fèi)為130.1元，如果使用傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)冷藏集裝箱電費(fèi)將達(dá)到1 200元，由此可見，鋰電池冷藏集裝箱的耗電成本僅為柴油發(fā)電機(jī)冷藏集裝箱的1/10，運(yùn)營成本大幅度下降。鋰電池冷藏集裝箱搭載的大功率純電動(dòng)變頻制冷機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了制冷速度快、保溫性能好等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了無人值守和全程監(jiān)控，進(jìn)一步提升了運(yùn)輸可靠性，也證明了鋰電池是新能源冷藏集裝箱的發(fā)展趨勢(shì)。

2 冷藏集裝箱的性能要求

伴隨著人們追求高品質(zhì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的需求，冷鏈運(yùn)輸應(yīng)運(yùn)而生，作為冷鏈運(yùn)輸?shù)妮d體，冷藏集裝箱的設(shè)計(jì)、制造和使用應(yīng)滿足其預(yù)定的作業(yè)工況和使用環(huán)境條件，這就要求冷鏈運(yùn)輸集裝箱必須具備高效隔熱性、節(jié)能經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時(shí)監(jiān)控性和高度適應(yīng)性。

2.1 高效隔熱性

在冷鏈運(yùn)輸過程中，途經(jīng)的不同地域受到季節(jié)、緯度等因素影響，冷藏集裝箱的外部環(huán)境復(fù)雜多變，濕度和溫度的變化較大，這就對(duì)集裝箱的隔熱性提出了較高的要求。要想具備高效隔熱性就要求箱體6面均為高強(qiáng)度、高密封性的隔熱板，箱門必須設(shè)置雙層密封膠條，而且箱頂面板必須為一體成型的無縫隔熱板，這樣可以有效防止雨水或者海水滲進(jìn)隔熱層進(jìn)入箱體，實(shí)現(xiàn)冷藏集裝箱的水密性和氣密性，防止集裝箱內(nèi)部出現(xiàn)潮濕的現(xiàn)象，避免溫度發(fā)生改變，使貨物品質(zhì)與狀態(tài)能夠長時(shí)間穩(wěn)定。

2.2 節(jié)能經(jīng)濟(jì)性

冷藏集裝箱的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性就是實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)精細(xì)化溫控，它涉及到溫度控制、貨物預(yù)冷、合理裝箱等多個(gè)方面，每個(gè)環(huán)節(jié)都與提高運(yùn)輸效益、降低營運(yùn)成本有著本質(zhì)的聯(lián)系。冷藏集裝箱良好的溫度控制系統(tǒng)可以維持溫度的恒定，減少溫度變化造成的能源消耗；貨物裝箱前進(jìn)行“預(yù)冷”處理至所需的特定溫度，可以使冷藏集裝箱快速降溫，降低存儲(chǔ)成本，延長商品的貨架期，提高運(yùn)輸效益；通過使用托盤，可以確保裝箱穩(wěn)固、貨物與箱壁之間不留縫隙，讓冷空氣在裝載貨物周圍自由均勻地流動(dòng)，使貨物維持穩(wěn)定的溫度和濕度，降低營運(yùn)成本。

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控性

為減少人工抄錄的繁瑣工作與數(shù)據(jù)采集誤差，很多企業(yè)都推出了冷藏箱數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，如上海舶云的HD-RFMS冷藏箱數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)、香港國際貨柜碼頭的遠(yuǎn)程冷藏貨柜監(jiān)控系統(tǒng)等。利用冷藏箱內(nèi)置主板的串行接口，通過協(xié)議和軟件實(shí)現(xiàn)冷藏箱主板與外部用戶終端信息交互，采集到的數(shù)據(jù)包括冷藏箱箱號(hào)、設(shè)定溫度、供風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、電壓、電流、濕度、運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等，實(shí)時(shí)獲取冷藏箱內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。工作人員只需動(dòng)動(dòng)手指，就能通過檢測平臺(tái)對(duì)冷藏箱的開關(guān)門狀態(tài)、電瓶壓力、油箱油位、箱內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，旨在為冷藏集裝箱提供全天候的自動(dòng)化遠(yuǎn)程管理服務(wù)，減少貨損貨差，提高冷藏集裝箱運(yùn)輸?shù)牟僮餍屎妥鳂I(yè)安全，提升運(yùn)輸可靠性。

2.4 高度適應(yīng)性

在國際聯(lián)運(yùn)模式下，冷藏集裝箱需要具備高度適應(yīng)性，以多式聯(lián)運(yùn)相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)便于裝箱、堆放、吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)的標(biāo)準(zhǔn)化多式聯(lián)運(yùn)冷藏集裝箱，同時(shí)滿足多種運(yùn)輸方式的銜接要求。

3 鋰電池冷藏集裝箱的技術(shù)指標(biāo)

通過查閱冷藏集裝箱現(xiàn)有的國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合冷藏集裝箱的運(yùn)用條件和冷鏈貨物的運(yùn)輸要求，新型鋰電池冷藏集裝箱搭載的大功率純電動(dòng)變頻制冷機(jī)組，制冷效率高、資源能耗低、控溫性能好。同時(shí)，鋰電池冷藏集裝箱采用信息化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸全程實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，提升了冷鏈運(yùn)輸?shù)目煽啃浴?/p>

主要技術(shù)指標(biāo)。箱體技術(shù)指標(biāo)，常見的冷藏集裝箱箱體的制造材料有鋼制、鋁合金、玻璃鋼等等，其中，鋼制集裝箱優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)牢，焊接性高，水密性好，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是重量大、防腐性差。鋁合金集裝箱優(yōu)點(diǎn)是重量輕、外表美觀、防腐蝕、彈性好、加工方便以及加工費(fèi)修理費(fèi)低、使用年限長；缺點(diǎn)是造價(jià)高、焊接性能差；玻璃鋼集裝箱優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度大、剛性好、內(nèi)容積大、隔熱、防腐、耐化學(xué)性好、易清掃、修理簡便；缺點(diǎn)是重量大、易老化、擰螺栓處強(qiáng)度降低。

制造冷藏集裝箱材質(zhì)的選用要綜合考慮制造成本和運(yùn)輸實(shí)際，但無論采用哪一種材質(zhì)都要求箱體具備隔熱性和水密性。隔熱性和水密性是冷藏運(yùn)輸裝備運(yùn)輸能耗和保溫性能最重要的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)ISO 1496-2：2018 （E）《系列1：集裝箱的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法 保溫集裝箱》技術(shù)文件要求，冷藏集裝箱的隔熱性應(yīng)采用最大漏熱率小于42 W/K的指標(biāo)，在水密性指標(biāo)方面，漏氣量應(yīng)不大于5 m3/h。

鋰電池技術(shù)指標(biāo)，鋰電池是冷藏集裝箱的動(dòng)力部分，通過箱載主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)箱內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)和制冷主機(jī)、電池系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，因此對(duì)鋰電池的持續(xù)適航、消防安全和機(jī)械通風(fēng)提出了很高的技術(shù)要求。

持續(xù)適航。鋰電池作為運(yùn)輸過程中的為制冷機(jī)組提供電力的重要設(shè)備，其續(xù)航能力將直接影響到貨物運(yùn)輸品質(zhì)和運(yùn)輸成本的經(jīng)濟(jì)性。貨物運(yùn)輸全過程包括了裝箱時(shí)間、在途時(shí)間、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間、卸貨時(shí)間和堆存時(shí)間，以廈門——上海鐵路運(yùn)輸在途時(shí)間3 d為例，采用20 ft箱和40 ft箱為標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到制冷量溫度的條件下，經(jīng)過計(jì)算鋰電池冷藏集裝箱的變頻制冷機(jī)功率分別為4 kW和8 kW，電能需求分別為200 kW·h和282 kW·h，在電池只容許放出總電量的90%的前提下，鋰電池的續(xù)航時(shí)間應(yīng)不少于6 d，即鋰電池的續(xù)航時(shí)間應(yīng)不少在途時(shí)間的2倍。

消防安全。鋰電池系統(tǒng)是冷藏集裝箱的主要?jiǎng)恿Σ糠?，通過驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)變頻制冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱溫度的調(diào)節(jié)，同時(shí)箱載主系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控電池系統(tǒng)和箱體在使用過程中的工作狀態(tài)。鋰是一種特別容易發(fā)生反應(yīng)的金屬，外觀呈銀白色，非常柔軟、可伸展，且易燃，金屬鋰屬于遇水釋放易燃?xì)怏w的物質(zhì)，短路、過度充電、極限溫度、錯(cuò)誤操作或其他錯(cuò)誤情況下都能著火。為保障鋰電池的運(yùn)行安全，鋰電池艙中用于固定電池單體或電池組的電池架，以及與鋰電池艙接觸的所有面應(yīng)為不可燃燒的金屬結(jié)構(gòu)；鋰電池艙內(nèi)若采用保溫、鋪地和裝飾等材料時(shí)，其燃燒性能等級(jí)應(yīng)為A級(jí)（即不燃材料）；在隔墻上有管線穿過時(shí)，應(yīng)使用以阻燃材料制成的貫穿件或具有阻燃性能的密封劑封堵孔隙，以保證隔墻的耐火完整性不被破壞；若鋰電池艙設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)或機(jī)械通風(fēng)裝置時(shí)，通風(fēng)管道、風(fēng)口及閥門等組件應(yīng)采用不燃材料制作，以防止火勢(shì)通過通風(fēng)管道蔓延，確保鋰電池的運(yùn)行安全。

機(jī)械通風(fēng)。鋰電池艙應(yīng)設(shè)有無火花型機(jī)械通風(fēng)裝置，以避免電池組周圍環(huán)境溫度過高影響電池工作安全，以及將鋰電池?zé)崾Э鼗驘釘U(kuò)散情況下產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及時(shí)排出，以避免鋰電池艙內(nèi)形成爆炸性氣體環(huán)境。這就要求當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)測的電池溫度高于設(shè)定值，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)械通風(fēng)裝置；當(dāng)鋰電池艙內(nèi)設(shè)置的可燃?xì)怏w探測器探測到可燃?xì)怏w濃度大于其爆炸下限（體積分?jǐn)?shù)）的20%時(shí)，亦應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)械通風(fēng)裝置，該緊急情況下，通風(fēng)量應(yīng)不小于10次/h的換氣次數(shù)。

4 鋰電池冷藏集裝箱技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2021年12月，中國船級(jí)社（CCS）《鋰電池冷藏集裝箱應(yīng)用技術(shù)研究》項(xiàng)目通過評(píng)審。專家一致認(rèn)為該項(xiàng)目研究目標(biāo)明確，技術(shù)路線正確，緊密貼合我國冷藏集裝箱向新能源動(dòng)力轉(zhuǎn)型的發(fā)展需求。

隨著鋰電池在新能源領(lǐng)域的推廣，以鋰電池作為動(dòng)力應(yīng)用的冷藏集裝箱逐漸開始在公路和鐵路上試點(diǎn)應(yīng)用。為更好地滿足行業(yè)對(duì)鋰電池冷藏集裝箱的發(fā)展需求，中國船級(jí)社武漢規(guī)范研究所立項(xiàng)開展了電池冷藏集裝箱應(yīng)用技術(shù)研究，制定了《鋰電池冷藏集裝箱檢驗(yàn)指南》，并于2022年4月1日起正式生效。

《鋰電池冷藏集裝箱檢驗(yàn)指南》圍繞鋰電池的工作特性和安全保護(hù)措施，系統(tǒng)性地對(duì)鋰電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等提出了安全技術(shù)要求，例如：鋰電池冷藏集裝箱的設(shè)計(jì)、制造和使用應(yīng)滿足其預(yù)定的作業(yè)工況和使用環(huán)境條件；與鋰電池艙相連的鋰電池冷藏集裝箱的箱底和框架等結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行有效加強(qiáng)，以承受鋰電池艙自重（包括鋰電池系統(tǒng)及附屬設(shè)備等）產(chǎn)生的載荷影響；鋰電池冷藏集裝箱配備的接地裝置、消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和制冷機(jī)組等附件應(yīng)系固可靠或安裝牢固；鋰電池艙的布置應(yīng)滿足鋰電池系統(tǒng)及相關(guān)電氣裝置的防火、防爆和通風(fēng)要求；鋰電池艙應(yīng)能滿足鋰電池冷藏集裝箱裝卸和運(yùn)輸期間的相應(yīng)防護(hù)要求，以及CCS《集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范》7.3.3節(jié)的風(fēng)雨密試驗(yàn)要求；鋰電池艙頂部宜設(shè)置泄壓設(shè)施，泄壓設(shè)施可采用輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體或易于泄壓的門、窗等結(jié)構(gòu)；電池組須牢固地連接在鋰電池冷藏集裝箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，以防止鋰電池冷藏集裝箱在意外沖擊、裝卸、運(yùn)輸?shù)冗^程中發(fā)生振動(dòng)時(shí)，電池組發(fā)生短路、意外操作或顯著位移；鋰電池系統(tǒng)的布置應(yīng)滿足鋰電池的防火、防爆和通風(fēng)的要求，鋰電池的溫升應(yīng)使得其最高溫度不超過制造商的限定值等，確保鋰電池冷藏集裝箱的發(fā)展有實(shí)驗(yàn)參照的依據(jù)，為鋰電池冷藏集裝箱的發(fā)展提供了技術(shù)指標(biāo)，指明了方向。

鋰電池是冷藏集裝箱的核心部件，以目前的運(yùn)行情況看，鋰電池集裝箱只適用于不超過7 d的國內(nèi)運(yùn)輸，如果要實(shí)現(xiàn)鋰電池冷藏集裝箱全面替代傳統(tǒng)海運(yùn)集裝箱和機(jī)械集裝箱，就必須不斷完善鋰電池的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)續(xù)航性和安全性的進(jìn)一步提升，如完善電芯安全部件和單體電芯導(dǎo)電片，防止電池過充；完善銅鋁復(fù)合極柱，避免極柱上段與極柱下段的結(jié)合面開裂甚至斷開，保證電池之間連接的一致性、可靠性；完善極片輥壓拉伸技術(shù)，消除帶材的打皺，提高帶材的平整性；提高極片壓實(shí)密度；完善三元體系低阻抗產(chǎn)品的電解液技術(shù)，使電池具有良好的存儲(chǔ)壽命，并同時(shí)降低電池阻抗；完善電池組熱管理技術(shù)，提高冷卻效率并實(shí)現(xiàn)加熱；完善電池模組的組裝工藝技術(shù)，提高電池模組的抗震穩(wěn)定性和電連接性，使電池的熱量快速散發(fā)，從而提高電池模組的安全性和可靠性；完善動(dòng)力電池組的剩余容量的計(jì)算方法，降低動(dòng)力電池組的剩余容量的計(jì)算中的誤差等，確保鋰電池滿足電池荷電狀態(tài)估算精度要求、絕緣性能要求、電氣適應(yīng)性能要求、環(huán)境適應(yīng)性能要求和電磁兼容性能要求。

5 總結(jié)

隨著全球能源消耗的不斷擴(kuò)張，造成環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，面對(duì)逐年遞增的冷鏈運(yùn)輸需求，制冷速度快、保溫性能好、能源消耗少、信息化程度高的鋰電池冷藏集裝箱的出現(xiàn)，將極大地降低環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益。未來要根據(jù)《鋰電池冷藏集裝箱檢驗(yàn)指南》要求，不斷完善鋰電池的續(xù)航性和安全性，進(jìn)一步擴(kuò)大鋰電池冷藏集裝箱在遠(yuǎn)洋、鐵路運(yùn)輸?shù)谋壤?，搭建多式?lián)運(yùn)冷藏運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，提高鋰電池冷藏集裝箱的使用效率，在實(shí)踐中驗(yàn)證鋰電池冷藏集裝箱的可靠性和冷凍冷藏類貨物的腐損率，全面促進(jìn)冷藏運(yùn)輸行業(yè)又快又好地發(fā)展，為冷鏈物流全面轉(zhuǎn)型升級(jí)提供堅(jiān)實(shí)的支撐。