Garantire un trasporto sicuro di batterie al litio

A bordo di un aeroplano, all'interno di un aeroporto o su un treno, le conseguenze di un'esplosione o di un incendio fuori controllo possono essere molto severe. Essendo una fonte di energia combustibile e concentrata, una batteria al litio è in grado di provocare una violenta fiammata nel momento in cui è utilizzata in modo non corretto e i suoi circuiti di sicurezza e protezione sono disabilitati oppure difettosi. Un incendio alle parti elettriche provocato da una batteria non può essere spento con la ridotta quantità d'acqua presenta a bordo di un'aeromobile e richiede l'uso di estintori specifici. I danni potenziali di una batteria che prende fuoco a bordo di un aereo sono evidenti. Le batterie al litio sono state coinvolte in un ridotto numero di incendi divampati a bordo di aeroplani fino al 2013. Ciò ha condotto a una revisione delle norme che regolano il trasporto delle batterie al litio sugli aeroplani che ora impongono severi requisiti per quel che riguarda la manipolazione, la preparazione, l'imballaggio e l'etichettatura di batterie e celle al litio trasportate a bordo degli aerei (norme del tutto simili sono valide per il trasporto su strada, per ferrovia e via mare). Ciò ha comportato l'insorgere di un certo numero di domande che interessano gli Oem che trasportano batterie al litio sotto forma di componenti discreti oppure apparecchiature contenenti batterie di questo tipo: Come possono gli Oem garantire la loro conformità con le numerose e complesse norme che regolano il trasporto aereo delle batterie al litio? La sola conformità è sufficiente a garantire la sicurezza del trasporto?

La funzione delle regole del trasporto aereo

La più recente versione del Lithium Battery Guidance Document pubblicata dalla Iata (International Air Transport Association) si basa sulle disposizioni di due distinte normative: l'edizione 2013-2014 delle istruzioni tecniche pubblicate da Icao (International Civil Aviation Organization) per il trasporto sicuro di merci pericolose per via aerea e la 55ma edizione della normative Dgr (Dangerous Goods Regulations) di Iata. Queste regole rispecchiano il comportamento noto delle batterie e delle celle al litio. La modalità di guasto più comune delle batterie durante il trasporto (quindi non in uso) è di norma rappresentato da un corto circuito: questo può indurre una sovra-corrente pericolosa che a sua volta produce un surriscaldamento che aumenta fino a quando la batteria esplode o prende fuoco. Una delle cause dei corto circuiti è l'ingresso di polvere o di altre particelle all'interno della cella durante il processo produttivo che danneggiano lo strato di separazione tra l'anodo e il catodo. I produttori di celle e di batterie di marca realizzano e fanno uso di celle cosiddette “known good” (ovvero le cui caratteristiche sono state attentamente verificate) caratterizzate da livelli di contaminanti estremamente bassi, a garanzia di una maggior sicurezza. A partire dal 1° gennaio 2013 i criteri di classificazione della normativa Dgr relativi alle batterie al litio prevedono che celle e batterie devono essere prodotte seguendo una programma di gestione della qualità. L'adozione di un programma di questo tipo permette la produzione di celle di elevato livello qualitativo per le quali i rischi di contaminazione esterne risultano minimi. Una batteria che contiene celle di alta qualità è ancora soggetta, almeno dal punto di vista teorico, al rischio di corto circuito provocato dall'instaurarsi di un contatto elettrico tra i terminali positivo e negativo (nel caso di una batteria) o imputabile a un'attivazione accidentale (nel caso invece di una batteria integrata in un'apparecchiatura). Questo rischio è alla base della maggior parte delle disposizioni delle quali gli Oem devono tener conto. In generale, il regolamento prevede che le batterie siano imballate in modo tale che l'isolamento tra i terminali della batteria siano mantenuti in buono stato dal sito produttivo fino alla destinazione finale (nel caso di pacchi batterie discreti). Di conseguenza è necessario assicurare un'adeguata protezione contro i rischi di contatto con materiali conduttivi presenti nel medesimo package che potrebbe provocare un corto circuito. Nel caso di apparecchiature che integrano al loro interno una batteria, il contenitore deve impedire eventuali attivazioni isolando, ad esempio, i terminali della batteria da quelli dell'apparecchiatura. L'osservanza delle regole (vedi riquadro) assicura che la batteria esca dalla fabbrica in uno stato inattivo e rimanga in tale stato per tutta la durata del suo viaggio. Anche se completamente carica (come nel caso di una batteria primaria al litio), le regole appena esposte garantiscono che il rischio che si verifichino fenomeni di scarica è minimo, eccezion fatta per la debolissima corrente di dispersione (leakage) che comunque si mantiene su livelli di sicurezza. Quello appena descritto è solamente un compendio della funzione delle regole. Un esame più dettagliato richiederebbe centinaia di pagine. Esistono numerose variazioni dei requisiti di packaging, manipolazione ed etichettatura in funzione del tipo, del peso, delle dimensioni e della capacità della batteria, del tipo di apparecchiatura in cui deve essere utilizzata (se idoneo) e dal metodo di spedizione. Eccezioni sono previste per batterie di bassa capacità (<100Wh per le batterie o <20Wh per le celle), e per piccole quantità di batterie, come accade nel caso dei prototipi utilizzati in fase di pre-produzione oppure per i programmi di collaudo. A questo punto è utile domandarsi come può un Oem essere sicuro che il suo “modus operandi” è conforme alle regole previste ed essere in grado di garantire la sicurezza delle sue apparecchiature in transito. Domande di questo tipo sono della massima importanza per i produttori di dispositivi commerciali. Il costo, in termini di responsabilità, in caso di comprovata negligenza e il danno prodotto alla reputazione del marchio sono difficilmente quantificabili. Da qui la necessità di eliminare qualsiasi possibile rischio.

Tecniche di trasporto collaudate

Fortunatamente i produttori hanno recepito queste normative e i dati disponibili hanno dimostrato che l'implementazione delle regole emanate da IATA e ICAO ha raggiunto l'obbiettivo preposto: il numero di incidenti legati alla sicurezza che si sono verificati in aria o a terra ascrivibili alle batterie al litio è diminuito drasticamente dal momento dell'entrata in vigore di tali regole. L'esperienza maturata da costruttori di batterie come Varta Microbattery costituisce un valido ausilio. La società stessa spedisce regolarmente batterie sia per via aerea sia sfruttando altri vettori e può quindi vantare un'approfondita conoscenza delle procedure da adottare per garantire la conformità alle normative Dgr. Non è raro che i clienti Oem si rivolgano a Varta per sapere se un un nuovo tipo di imballaggio è conforme alla normativa Dgr. Oltre a queste osservazioni di carattere generale, vi sono due procedure che gli Oem possono seguire per assicurare la conformità alla normativa Dgr ed eliminare quindi ogni loro responsabilità legata al trasporto non sicuro delle batterie al litio.

  • Mantenersi costantemente informati sui prodotti del fornitore di celle e batterie, sulle procedure di qualità implementate e sugli standard di qualità adottati - Come accennato nel corso dell'articolo, processi di produzione che portano alla realizzazione di celle difettose possono comportare il rischio di innesco di un corto circuito. Un fornitore affidabile di pacchi batteria garantirà inoltre che ciascun pacco sia dotato di uno schema di protezione su più livelli che preveda il controllo mediante software di meccanismi di arresto (shut-down) in presenza di sovra-corrente, sovra-temperatura, sovra e sotto-tensione, oltre a fusibili di tipo attivo e passivo per implementare una protezione hardware al verificarsi di fenomeni di sovra-corrente (Fig. 3). L'insieme di questi meccanismi assicura un funzionamento sicuro di una batteria in transito, anche nel caso in cui questa sia attivata (in ogni caso il contenitore è stato progettato in modo da impedire eventuali attivazioni). Esiste tuttavia un altro rischio legato al possibile utilizzo da parte dei consumatori di batterie contraffatte e quindi non fornite dal produttore originale. Queste batterie, senz'altro più economiche, hanno il medesimo fattore di forma di quelle originali ma spesso non dispongono di adeguati meccanismi di protezione a sicurezza intinseca (fail-safe) atti a garantire un trasporto e un funzionamento sicuri. Le normative Dgr sono valide per le batterie portate a bordo dai passeggeri così come per quelle spedite via cargo dai produttori. Una sfida interessante per le compagnie aeree è individuare un metodo per “costringere” i propri passeggeri all'osservanza delle normative Dgr. Questo rischio, ovviamente, non riguarda gli Oem che trasportano batterie nelle loro apparecchiature. I produttori di batterie, dal canto loro, possono mettere a punto tecnologie di autenticazione atte a rendere impossibile l'uso di batterie contraffatte da parte dei consumatori.
  • Affidare a un dipendente la responsabilità della garanzia di conformità alle normative Dgr, mettendo a disposizione tutti i mezzi necessari per assolvere tale compito - Le regole che governano il trasporto di merci pericolose sono corpose, complesse e molto dettagliate. Non è sicuramente ragionevole aspettarsi che un responsabile a qualunque livello (di prodotto, marketing o di produzione) conosca le normative che regolano il trasporto delle apparecchiature progettate o realizzate dall'azienda. L'osservanza della conformità alla normativa Dgr è un compito specialistico che richiede risorse “ad hoc”. Nessun costruttore che si rispetti viola volontariamente le regole. Molto spesso un produttore non adempie le normative Dgr semplicemente perchè non è conscio del fatto che i prodotti che esso sta spedendo contengono merci ritenute pericolose. Così il primo dovere della persona dello staff che si occupa della conformità alle normative Dgr è eseguire una verifica dell'apparecchiatura che la società intende spedire. Ogni prodotto che contiene una cella o una batteria al litio - indipendentemente dalla dimensione - deve essere sottoposto al programma di conformità alla normativa Dgr, anche se nell'implementazione del programma si scopre che esso non deve ottemperare ad alcuni requisiti previsti dalla normativa Dgr stessa.

In sintesi, le regole per il trasporto di batterie al litio sono state redatte con molta attenzione e hanno prodotto risultati decisamente positivi. I tre passi richiesti per garantire un trasporto sicuro delle batterie al litio sono qui di seguito elencati:

  • utilizzare solamente celle e batterie al litio prodotte da costruttori affidabili;
  • affidare a un membro dello staff la responsabilità completa di garantire la conformità alla normativa Dgr;
  • assicurare la conformità alle normative Dgr e richiedere che tale conformità sia verificata a dei responsabili aziendali.

Anche se l'implementazione pratica di queste fasi è senza dubbio più difficile della loro descrizione, un costruttore di batterie come Varta Microbattery può contribuire a fornire linee guida, consigli e documentazione. Nel loro sforzo di ottemperare la normativa Dgr gli Oem non devono essere lasciati soli.

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