目前國際上具有影響力的鋰離子電池儲能系統(tǒng)安全測試標準有UL1973和IEC62619、日本、澳大利亞、韓國等國家均參照或編制了這兩套標準的國內適用標準，我國在2017年和2018年先后出臺了多項儲能系統(tǒng)相關國家標準。
本文通過對UL和IEC主要儲能系統(tǒng)鋰離子電池安全標準的對比研究，系統(tǒng)地分析比較了各條款的具體要求，探討了各標準的優(yōu)缺點，并提出了一些建議為提高標準。
一、現行儲能電池系統(tǒng)安全標準的特點：
國際上，儲能系統(tǒng)的安全標準主要有IEC標準和UL標準。歐洲和日本主要參考IEC標準制定相應的安全標準，如歐洲的EN62619和日本的JISC8715-28，都是根據IEC62619修訂編制的。UL標準在北美應用廣泛，其電池安全標準全面嚴謹，具有相當大的影響力。已經采用澳大利亞標準和IEC標準，澳大利亞標準協(xié)會在2017年開始起草DRAS/NZS5139，目前還沒有看到正式發(fā)布。為配合韓國的新能源政策，2015年韓國出臺了一系列儲能相關標準，其中安全標準KBIA-10104-01主要參考了IEC相關標準，
在鋰電池運輸安全方面，UN38.3是國際上比較通用的標準，要求鋰電池運輸，必須通過高模擬、熱測試、振動、沖擊、55℃外部短路、沖擊測試、過充測試，強制放電測試，以確保鋰電池運輸安全。世界上大多數國家都采用這個標準。與UN38.3標準相比，IEC62281與UN38.3標準的主要區(qū)別在于測試樣品的數量和帶電狀態(tài)的要求不同，測試項目基本相同。
1.1 儲能電池系統(tǒng)IEC安全標準：
儲能系統(tǒng)產品IEC安全標準主要由國際電工委員會IEC標準工作組TC21/SC21A和TC120制定和頒布，TC21/SC21A側重于所有二次電池的安全標準，而TC120側重于電化學能量電網應用的存儲（EES）系統(tǒng)相關標準。IEC儲能系統(tǒng)的主要安全標準有：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試項目和最低安全要求，iec將其定位為廣泛工業(yè)產品應用的“傘形標準”，包括通信基站、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、能源存儲系統(tǒng)、應急電源燈固定安裝產品，以及堆垛機、高爾夫球車、無人駕駛車輛（AGV）、鐵路、海運，不包括電力應用的陸路運輸。針對各種產品應用，IEC進一步制定專門的鋰電池安全標準來應對，例如針對儲能系統(tǒng)的IEC63056。
IEC62619強調電池系統(tǒng)應該在合理可預見的濫用情況下進行安全評估，包括外部短路測試、沖擊測試、跌落測試、熱濫用測試、過充電測試和強制放電測試。此外，在電池短路安全性的評估中，提供了兩種可選的測試：電芯短路測試或電池系統(tǒng)熱擴散測試網絡，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)定了固定應用中鋰電池的安裝、使用、檢查、維護和處置的安全要求，重點關注固定式鋰電池的運行安全7：IEC62933-5-2規(guī)定了電化學儲能系統(tǒng)安全要求系統(tǒng)包括鋰電池應用，當它們被集成到電網中時。IEC62281規(guī)定了運輸途中的一次、二次鋰電池和電池組的安全要求。
綜上所述，IEC儲能安全標準層次較為清晰，涵蓋內容全面。但由于是國際標準，參與制定的組織和成員關系復雜，涉及國家利益糾紛較多，進展緩慢，滯后于行業(yè)發(fā)展，除IEC62619外，IEC62281已經發(fā)布。
1.2 UL 儲能系統(tǒng)安全標準：
UL(Underwriter Laboratories Inc.)安全實驗室是美國從事安全測試和鑒定最權威的獨立營利性專業(yè)機構，其電化學儲能的主要安全標準如下：
UL 1973 安全標準 ANSI CAN/UL-1973:2018，固定式電池、車輛輔助電源和輕型電軌（LER）應用
UL 9540 儲能系統(tǒng)和設備測試標準
UL9540A 評估電池儲能系統(tǒng)中的熱失控火災傳播
UL1973 涵蓋用于光伏、風能存儲或 UPS 等固定應用中儲能的電池系統(tǒng)，以及用于輕型電動軌道和固定鐵路應用（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不打算編制電網應用儲能系統(tǒng)的鋰電池安全標準，標準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從結構要求、電氣測試、機械測試、環(huán)境測試、電池失效測試、
UL9540是針對三種儲能技術（電化學儲能、機械儲能和熱能儲能）的儲能系統(tǒng)安全標準，涵蓋充放電系統(tǒng)、控制和保護系統(tǒng)、電源轉換系統(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，包括儲能系統(tǒng)的離網運行和并網運行。UL9540A主要用于評估電池儲能系統(tǒng)的熱失控特性，通過測試數據選擇合適的防火防爆機制，是對具體測試方法的標準。目的是幫助供應商明確系統(tǒng)與墻體的分離要求，
綜上所述，UL儲能安全標準具有覆蓋面廣、針對性強、適用性強的特點，是目前較為成熟的產品安全標準。
1.3 國內儲能系統(tǒng)產品安全標準：
與IEC和UL不同的是，國標沒有將儲能系統(tǒng)的安全標準單獨成標準，而是在技術規(guī)范或運行管理規(guī)范中分章規(guī)定。以下是與鋰電池儲能系統(tǒng)安全要求相關的國家標準：
GB/T34131 電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術規(guī)范
GB/T36276 動力儲能用鋰離子電池
GB/T36547電化學儲能系統(tǒng)接入電網技術規(guī)程
GB/T36548電化學儲能系統(tǒng)接入電網試驗規(guī)范
GB/T36558 電力系統(tǒng)電化學儲能系統(tǒng)通用技術條件
GB/T36549電化學儲能電站運行指標及評價
GB/T51048電化學儲能電站設計規(guī)范
其中，涉及電池系統(tǒng)安全的標準主要有GB/T34131GB/T36276GB/T36558。這些標準對功能性儲能行業(yè)中的一些常用術語、符號、測試項目和測試方法進行了明確的定義，對國內儲能行業(yè)的發(fā)展起到了引領作用。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的測試中，采用恒功率充放電模式進行考核，為電網能量儲能應用具有現實意義，促進儲能產業(yè)的健康發(fā)展。
與安全直接相關的測試有充電測試、過放電測試、擠壓試驗、跌落試驗、低氣壓試驗、發(fā)熱試驗、熱失控試驗、鹽霧及高溫高濕試驗、絕緣性能試驗、耐電壓性能試驗。電池管理系統(tǒng)BMS單獨給出了一個技術規(guī)范，相關的電磁兼容測試在這個標準中進行了規(guī)定，測試時BMS不需要將真實的電池接入系統(tǒng)進行測試。這樣的安排有利于BMS產品的單獨檢驗，但對電池系統(tǒng)的檢驗可能存在偏差。
除國家標準外，國家能源局能源行業(yè)、中電聯(lián)CEC、中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟CNESA、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會等國內相關行業(yè)團體聯(lián)盟CIPAS還發(fā)布了行（組）標：NB/T42091電化學儲能電站用鋰離子電池技術規(guī)范：
TCIAPS0003 動力儲能系統(tǒng)用二次鋰離子單體電池及電池系統(tǒng)安全要求
T/CEC172 動力儲能用鋰離子電池安全要求及試驗方法
T/CNESA1000 電化學儲能系統(tǒng)評價規(guī)范
T/CNESA1001 電力儲能用直流電源連接器通用技術要求
T/CNESA1002 電化學儲能系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)技術規(guī)范
其中NB/T42091早于國家標準發(fā)布，TCIAPS0003主要參照IEC62619修改，T/CEC172以國家標準為基礎，將電池安全相關規(guī)范和測試方法整合為標準文件，除對于個別文章和測試方法，總體上沒有太大區(qū)別。中關村儲能聯(lián)盟發(fā)布的T/CNESA1000結合國家標準和IEC標準，提出了一套完整的評分方法。T/CNESA1001規(guī)范了儲能系統(tǒng)用直流電源連接機的通用技術要求，對系統(tǒng)中使用的連接器、接線端子、密封件、電纜等進行了詳細的結構、電氣和環(huán)境適應性要求。
2 這些安全標準的比較分析：
除了電池系統(tǒng)的安全，包括儲能逆變器（PCS）在內的外部集成系統(tǒng)的安全也是不可或缺的一環(huán)。但由于各個國家和地區(qū)的電網接入要求不同，這部分不適合直接比較，本研究范圍不包括儲能和電網的接入部分，即PCS到電網部分，主要研究常見鋰離子電池系統(tǒng)的安全標準。所以這方面涉及的標準主要有UL1973、IEC62619、GB/T36276和GB/T34131。為了便于比較標準中各方面的要求，以UL標準為參考，將標準條款分為結構安全、電池本體安全、系統(tǒng)安全和環(huán)境安全四大類。
2.1 結構安全要求比較：
UL1973對產品外殼提出了更詳細、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標準都沒有詳細的規(guī)范要求，只是要求在相關實驗中不得使外殼破裂，造成內部材料外露或漏液。UL標準對外殼的可靠保護接地也有規(guī)定，而IEC和GB對電池系統(tǒng)沒有保護接地規(guī)范，按相關電氣標準執(zhí)行，在檢驗過程中容易被忽視。
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的測試要求，比如過充過放測試。國家標準按照電池單體、電池模組和電池組（系統(tǒng)）三個層次規(guī)定了電池的測試要求和測試方法。UL和IEC表示每次測試的測試對象。在電池本體安全性方面，三者的差別并不算太大。有的地方，國家標準要求更加嚴格。例如，要求外部短路的線路內阻小于5mΩ，要求溫升試驗最高溫度達到130℃并保持30min。一個重要的區(qū)別是UL標準對測試合格的判斷更加嚴格。它不僅要求不應有起火、爆炸和漏液現象，而且規(guī)定試驗后不應有有毒氣體、可燃氣體的積聚、外露觸電危險和失去保護控制等現象。
與溫度相關的安全要求與每個標準有很大差異，UL的充放電極限溫度測試：在最大充放電條件下，應保持在規(guī)定的極限工作條件內。對溫度敏感的關鍵安全裝置應保持在額定溫度范圍內。同時，可接觸表面溫度不得超過安全限值。IEC從熱濫用方面提出要求，要求BMS對過熱充放電進行保護。GB標準與IEC類似，但試驗溫度提高到130℃。
考慮到實際情況，UL的電池充放電極限溫度測試要求更貼近實際工程應用。此外，UL還規(guī)定了電池模組的不平衡充電試驗，IEC和GB均未規(guī)定。在跌落測試方面，UL和IEC根據測試對象的重量進行分級測試，而GB標準統(tǒng)一采用從1.2m高度自由跌落至水泥表面的測試方法，正極或負極朝向向下。這種一刀切的做法很容易實現，但是否符合產品開發(fā)的需要還有待商榷。三個標準都有熱失控擴散的要求，其中IEC標準可以選擇鐵芯短路測試作為替代測試。
另外，在美國，UL9540A用于評估電池儲能系統(tǒng)的熱失控特性，并通過測試數據選擇合適的防火防爆機制，是一些測試方法的標準。目的是幫助供應商明確系統(tǒng)與墻體的隔離要求、系統(tǒng)的加熱能力、可燃部件、燃燒產生的氣體種類及滅火器的選擇。IEC和GB沒有制定類似的標準。
2.3 環(huán)境影響要求比較：
UL標準規(guī)定了鹽霧試驗、防潮試驗、外火試驗等環(huán)境試驗，而GB標準規(guī)定了鹽霧試驗、高溫高濕試驗。需要說明的是，這兩項環(huán)境測試是根據產品的實際應用環(huán)境來確定的，不是必須的項目。IEC62619沒有關于環(huán)境測試的規(guī)定，可能是因為該標準是通用標準，而IEC62485-5還沒有發(fā)布。不知道有沒有這方面的內容。在電磁兼容方面，國家標準在BMS技術規(guī)范GB/T34131中規(guī)定了測試項目和要求等級。在 UL 和 IEC 中，“對安全起關鍵作用、依賴電、電路、軟件的控制系統(tǒng)進行功能安全分析”包括對BMS的測試。參考標準之一IEC60730-1附錄h包括電磁兼容測試項目和測試方法。項目數量超過國家標準。測試方法強調測試各種模式的控制器（BMS屬于電子控制器的范疇），檢查對被控設備安全性的影響。
2.4 系統(tǒng)要求比較：
在系統(tǒng)安全分析方面，UL和IEC都要求對電子電路軟件進行功能安全評估。UL還要求對系統(tǒng)進行風險分析，提供FMEA或故障樹分析報告，有利于排查系統(tǒng)的各種風險，如觸電風險、火災風險、機械風險等，將風險控制在適當的低概率。GB標準對此沒有規(guī)定。在系統(tǒng)元器件安全方面，UL標準指明了關鍵元器件應滿足的標準規(guī)范，而IEC和GB標準則沒有直接要求。
