目前國(guó)際上具有影響力的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有UL1973和IEC62619、日本、澳大利亞、韓國(guó)等國(guó)家均參照或編制了這兩套標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)適用標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)在2017年和2018年先后出臺(tái)了多項(xiàng)儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
本文通過(guò)對(duì)UL和IEC主要儲(chǔ)能系統(tǒng)鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比研究，系統(tǒng)地分析比較了各條款的具體要求，探討了各標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一些建議為提高標(biāo)準(zhǔn)。
一、現(xiàn)行儲(chǔ)能電池系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)：
國(guó)際上，儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)主要有IEC標(biāo)準(zhǔn)和UL標(biāo)準(zhǔn)。歐洲和日本主要參考IEC標(biāo)準(zhǔn)制定相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲的EN62619和日本的JISC8715-28，都是根據(jù)IEC62619修訂編制的。UL標(biāo)準(zhǔn)在北美應(yīng)用廣泛，其電池安全標(biāo)準(zhǔn)全面嚴(yán)謹(jǐn)，具有相當(dāng)大的影響力。已經(jīng)采用澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)，澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在2017年開始起草DRAS/NZS5139，目前還沒有看到正式發(fā)布。為配合韓國(guó)的新能源政策，2015年韓國(guó)出臺(tái)了一系列儲(chǔ)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中安全標(biāo)準(zhǔn)KBIA-10104-01主要參考了IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，
在鋰電池運(yùn)輸安全方面，UN38.3是國(guó)際上比較通用的標(biāo)準(zhǔn)，要求鋰電池運(yùn)輸，必須通過(guò)高模擬、熱測(cè)試、振動(dòng)、沖擊、55℃外部短路、沖擊測(cè)試、過(guò)充測(cè)試，強(qiáng)制放電測(cè)試，以確保鋰電池運(yùn)輸安全。世界上大多數(shù)國(guó)家都采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。與UN38.3標(biāo)準(zhǔn)相比，IEC62281與UN38.3標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別在于測(cè)試樣品的數(shù)量和帶電狀態(tài)的要求不同，測(cè)試項(xiàng)目基本相同。
1.1 儲(chǔ)能電池系統(tǒng)IEC安全標(biāo)準(zhǔn)：
儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品IEC安全標(biāo)準(zhǔn)主要由國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)工作組TC21/SC21A和TC120制定和頒布，TC21/SC21A側(cè)重于所有二次電池的安全標(biāo)準(zhǔn)，而TC120側(cè)重于電化學(xué)能量電網(wǎng)應(yīng)用的存儲(chǔ)（EES）系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEC儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要安全標(biāo)準(zhǔn)有：IEC 62619、IEC 62485-5、IEC 62933-5-1、IEC 62933-5-2、IEC 63056、IEC 62281。
IEC62619規(guī)定了工業(yè)用二次鋰電池的通用測(cè)試項(xiàng)目和最低安全要求，iec將其定位為廣泛工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用的“傘形標(biāo)準(zhǔn)”，包括通信基站、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、能源存儲(chǔ)系統(tǒng)、應(yīng)急電源燈固定安裝產(chǎn)品，以及堆垛機(jī)、高爾夫球車、無(wú)人駕駛車輛（AGV）、鐵路、海運(yùn)，不包括電力應(yīng)用的陸路運(yùn)輸。針對(duì)各種產(chǎn)品應(yīng)用，IEC進(jìn)一步制定專門的鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)應(yīng)對(duì)，例如針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的IEC63056。
IEC62619強(qiáng)調(diào)電池系統(tǒng)應(yīng)該在合理可預(yù)見的濫用情況下進(jìn)行安全評(píng)估，包括外部短路測(cè)試、沖擊測(cè)試、跌落測(cè)試、熱濫用測(cè)試、過(guò)充電測(cè)試和強(qiáng)制放電測(cè)試。此外，在電池短路安全性的評(píng)估中，提供了兩種可選的測(cè)試：電芯短路測(cè)試或電池系統(tǒng)熱擴(kuò)散測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，這是一種比較折衷的方法。
IEC63056規(guī)定了額定電壓小于1500V（DC）的儲(chǔ)能系統(tǒng)用二次鋰電池和電池組的安全要求，IEC62485-5規(guī)定了固定應(yīng)用中鋰電池的安裝、使用、檢查、維護(hù)和處置的安全要求，重點(diǎn)關(guān)注固定式鋰電池的運(yùn)行安全7：IEC62933-5-2規(guī)定了電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全要求系統(tǒng)包括鋰電池應(yīng)用，當(dāng)它們被集成到電網(wǎng)中時(shí)。IEC62281規(guī)定了運(yùn)輸途中的一次、二次鋰電池和電池組的安全要求。
綜上所述，IEC儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)層次較為清晰，涵蓋內(nèi)容全面。但由于是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，參與制定的組織和成員關(guān)系復(fù)雜，涉及國(guó)家利益糾紛較多，進(jìn)展緩慢，滯后于行業(yè)發(fā)展，除IEC62619外，IEC62281已經(jīng)發(fā)布。
1.2 UL 儲(chǔ)能系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)：
UL(Underwriter Laboratories Inc.)安全實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)從事安全測(cè)試和鑒定最權(quán)威的獨(dú)立營(yíng)利性專業(yè)機(jī)構(gòu)，其電化學(xué)儲(chǔ)能的主要安全標(biāo)準(zhǔn)如下：
UL 1973 安全標(biāo)準(zhǔn) ANSI CAN/UL-1973:2018，固定式電池、車輛輔助電源和輕型電軌（LER）應(yīng)用
UL 9540 儲(chǔ)能系統(tǒng)和設(shè)備測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
UL9540A 評(píng)估電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的熱失控火災(zāi)傳播
UL1973 涵蓋用于光伏、風(fēng)能存儲(chǔ)或 UPS 等固定應(yīng)用中儲(chǔ)能的電池系統(tǒng)，以及用于輕型電動(dòng)軌道和固定鐵路應(yīng)用（如鐵路變電站）的電池系統(tǒng)，并且與 IEC62619 類似，涵蓋通用安全要求。但與IEC不同的是，UL不打算編制電網(wǎng)應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)的鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中的電池范圍包括鋰離子電池以外的其他類型電池，如鈉-B電池和液流電池。2019年新修訂的UL1973從結(jié)構(gòu)要求、電氣測(cè)試、機(jī)械測(cè)試、環(huán)境測(cè)試、電池失效測(cè)試、
UL9540是針對(duì)三種儲(chǔ)能技術(shù)（電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能和熱能儲(chǔ)能）的儲(chǔ)能系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋充放電系統(tǒng)、控制和保護(hù)系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、通信、冷卻和熱管理系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、燃料或液體管道、容器、系統(tǒng)安裝等，包括儲(chǔ)能系統(tǒng)的離網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。UL9540A主要用于評(píng)估電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱失控特性，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)選擇合適的防火防爆機(jī)制，是對(duì)具體測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。目的是幫助供應(yīng)商明確系統(tǒng)與墻體的分離要求，
綜上所述，UL儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)具有覆蓋面廣、針對(duì)性強(qiáng)、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，是目前較為成熟的產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)：
與IEC和UL不同的是，國(guó)標(biāo)沒有將儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)成標(biāo)準(zhǔn)，而是在技術(shù)規(guī)范或運(yùn)行管理規(guī)范中分章規(guī)定。以下是與鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全要求相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T34131 電化學(xué)儲(chǔ)能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
GB/T36276 動(dòng)力儲(chǔ)能用鋰離子電池
GB/T36547電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)程
GB/T36548電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)試驗(yàn)規(guī)范
GB/T36558 電力系統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)通用技術(shù)條件
GB/T36549電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行指標(biāo)及評(píng)價(jià)
GB/T51048電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范
其中，涉及電池系統(tǒng)安全的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T34131GB/T36276GB/T36558。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功能性儲(chǔ)能行業(yè)中的一些常用術(shù)語(yǔ)、符號(hào)、測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方法進(jìn)行了明確的定義，對(duì)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展起到了引領(lǐng)作用。在電池或電池系統(tǒng)的初始充放電能量、倍率充放電性能、能量保持和回收能力、循環(huán)性能等與電池容量相關(guān)的測(cè)試中，采用恒功率充放電模式進(jìn)行考核，為電網(wǎng)能量?jī)?chǔ)能應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義，促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
與安全直接相關(guān)的測(cè)試有充電測(cè)試、過(guò)放電測(cè)試、擠壓試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、低氣壓試驗(yàn)、發(fā)熱試驗(yàn)、熱失控試驗(yàn)、鹽霧及高溫高濕試驗(yàn)、絕緣性能試驗(yàn)、耐電壓性能試驗(yàn)。電池管理系統(tǒng)BMS單獨(dú)給出了一個(gè)技術(shù)規(guī)范，相關(guān)的電磁兼容測(cè)試在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了規(guī)定，測(cè)試時(shí)BMS不需要將真實(shí)的電池接入系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。這樣的安排有利于BMS產(chǎn)品的單獨(dú)檢驗(yàn)，但對(duì)電池系統(tǒng)的檢驗(yàn)可能存在偏差。
除國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，國(guó)家能源局能源行業(yè)、中電聯(lián)CEC、中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟CNESA、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)等國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)團(tuán)體聯(lián)盟CIPAS還發(fā)布了行（組）標(biāo)：NB/T42091電化學(xué)儲(chǔ)能電站用鋰離子電池技術(shù)規(guī)范：
TCIAPS0003 動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)用二次鋰離子單體電池及電池系統(tǒng)安全要求
T/CEC172 動(dòng)力儲(chǔ)能用鋰離子電池安全要求及試驗(yàn)方法
T/CNESA1000 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)評(píng)價(jià)規(guī)范
T/CNESA1001 電力儲(chǔ)能用直流電源連接器通用技術(shù)要求
T/CNESA1002 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
其中NB/T42091早于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，TCIAPS0003主要參照IEC62619修改，T/CEC172以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，將電池安全相關(guān)規(guī)范和測(cè)試方法整合為標(biāo)準(zhǔn)文件，除對(duì)于個(gè)別文章和測(cè)試方法，總體上沒有太大區(qū)別。中關(guān)村儲(chǔ)能聯(lián)盟發(fā)布的T/CNESA1000結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)，提出了一套完整的評(píng)分方法。T/CNESA1001規(guī)范了儲(chǔ)能系統(tǒng)用直流電源連接機(jī)的通用技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)中使用的連接器、接線端子、密封件、電纜等進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)、電氣和環(huán)境適應(yīng)性要求。
2 這些安全標(biāo)準(zhǔn)的比較分析：
除了電池系統(tǒng)的安全，包括儲(chǔ)能逆變器（PCS）在內(nèi)的外部集成系統(tǒng)的安全也是不可或缺的一環(huán)。但由于各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的電網(wǎng)接入要求不同，這部分不適合直接比較，本研究范圍不包括儲(chǔ)能和電網(wǎng)的接入部分，即PCS到電網(wǎng)部分，主要研究常見鋰離子電池系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。所以這方面涉及的標(biāo)準(zhǔn)主要有UL1973、IEC62619、GB/T36276和GB/T34131。為了便于比較標(biāo)準(zhǔn)中各方面的要求，以UL標(biāo)準(zhǔn)為參考，將標(biāo)準(zhǔn)條款分為結(jié)構(gòu)安全、電池本體安全、系統(tǒng)安全和環(huán)境安全四大類。
2.1 結(jié)構(gòu)安全要求比較：
UL1973對(duì)產(chǎn)品外殼提出了更詳細(xì)、更具體的要求。例如非金屬外殼、金屬外殼、壁掛支撐拉手、線纜、端子等都有具體的要求。在這些方面，IEC和GB標(biāo)準(zhǔn)都沒有詳細(xì)的規(guī)范要求，只是要求在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中不得使外殼破裂，造成內(nèi)部材料外露或漏液。UL標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外殼的可靠保護(hù)接地也有規(guī)定，而IEC和GB對(duì)電池系統(tǒng)沒有保護(hù)接地規(guī)范，按相關(guān)電氣標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在檢驗(yàn)過(guò)程中容易被忽視。
2.2 電池安全要求比較：
這里的電池本體安全是指與電池直接相關(guān)的測(cè)試要求，比如過(guò)充過(guò)放測(cè)試。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)按照電池單體、電池模組和電池組（系統(tǒng)）三個(gè)層次規(guī)定了電池的測(cè)試要求和測(cè)試方法。UL和IEC表示每次測(cè)試的測(cè)試對(duì)象。在電池本體安全性方面，三者的差別并不算太大。有的地方，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格。例如，要求外部短路的線路內(nèi)阻小于5mΩ，要求溫升試驗(yàn)最高溫度達(dá)到130℃并保持30min。一個(gè)重要的區(qū)別是UL標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試合格的判斷更加嚴(yán)格。它不僅要求不應(yīng)有起火、爆炸和漏液現(xiàn)象，而且規(guī)定試驗(yàn)后不應(yīng)有有毒氣體、可燃?xì)怏w的積聚、外露觸電危險(xiǎn)和失去保護(hù)控制等現(xiàn)象。
與溫度相關(guān)的安全要求與每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有很大差異，UL的充放電極限溫度測(cè)試：在最大充放電條件下，應(yīng)保持在規(guī)定的極限工作條件內(nèi)。對(duì)溫度敏感的關(guān)鍵安全裝置應(yīng)保持在額定溫度范圍內(nèi)。同時(shí)，可接觸表面溫度不得超過(guò)安全限值。IEC從熱濫用方面提出要求，要求BMS對(duì)過(guò)熱充放電進(jìn)行保護(hù)。GB標(biāo)準(zhǔn)與IEC類似，但試驗(yàn)溫度提高到130℃。
考慮到實(shí)際情況，UL的電池充放電極限溫度測(cè)試要求更貼近實(shí)際工程應(yīng)用。此外，UL還規(guī)定了電池模組的不平衡充電試驗(yàn)，IEC和GB均未規(guī)定。在跌落測(cè)試方面，UL和IEC根據(jù)測(cè)試對(duì)象的重量進(jìn)行分級(jí)測(cè)試，而GB標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一采用從1.2m高度自由跌落至水泥表面的測(cè)試方法，正極或負(fù)極朝向向下。這種一刀切的做法很容易實(shí)現(xiàn)，但是否符合產(chǎn)品開發(fā)的需要還有待商榷。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有熱失控?cái)U(kuò)散的要求，其中IEC標(biāo)準(zhǔn)可以選擇鐵芯短路測(cè)試作為替代測(cè)試。
另外，在美國(guó)，UL9540A用于評(píng)估電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱失控特性，并通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)選擇合適的防火防爆機(jī)制，是一些測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。目的是幫助供應(yīng)商明確系統(tǒng)與墻體的隔離要求、系統(tǒng)的加熱能力、可燃部件、燃燒產(chǎn)生的氣體種類及滅火器的選擇。IEC和GB沒有制定類似的標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 環(huán)境影響要求比較：
UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鹽霧試驗(yàn)、防潮試驗(yàn)、外火試驗(yàn)等環(huán)境試驗(yàn)，而GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鹽霧試驗(yàn)、高溫高濕試驗(yàn)。需要說(shuō)明的是，這兩項(xiàng)環(huán)境測(cè)試是根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境來(lái)確定的，不是必須的項(xiàng)目。IEC62619沒有關(guān)于環(huán)境測(cè)試的規(guī)定，可能是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)是通用標(biāo)準(zhǔn)，而IEC62485-5還沒有發(fā)布。不知道有沒有這方面的內(nèi)容。在電磁兼容方面，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在BMS技術(shù)規(guī)范GB/T34131中規(guī)定了測(cè)試項(xiàng)目和要求等級(jí)。在 UL 和 IEC 中，“對(duì)安全起關(guān)鍵作用、依賴電、電路、軟件的控制系統(tǒng)進(jìn)行功能安全分析”包括對(duì)BMS的測(cè)試。參考標(biāo)準(zhǔn)之一IEC60730-1附錄h包括電磁兼容測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方法。項(xiàng)目數(shù)量超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試方法強(qiáng)調(diào)測(cè)試各種模式的控制器（BMS屬于電子控制器的范疇），檢查對(duì)被控設(shè)備安全性的影響。
2.4 系統(tǒng)要求比較：
在系統(tǒng)安全分析方面，UL和IEC都要求對(duì)電子電路軟件進(jìn)行功能安全評(píng)估。UL還要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，提供FMEA或故障樹分析報(bào)告，有利于排查系統(tǒng)的各種風(fēng)險(xiǎn)，如觸電風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)等，將風(fēng)險(xiǎn)控制在適當(dāng)?shù)牡透怕省B標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此沒有規(guī)定。在系統(tǒng)元器件安全方面，UL標(biāo)準(zhǔn)指明了關(guān)鍵元器件應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而IEC和GB標(biāo)準(zhǔn)則沒有直接要求。
