电池储能系统中电芯热量失控、火焰传播的试验方法

　　美国多个储能系统标准，如NFPA 855:2020（固定式储能系统安装标准）、UL 9540:2020（储能系统与设备安全标准）、UL 1973:2022（固定和动力辅助电源用电池安全标准）都明确电池储能系统需要满足UL 9540A，其最新版本为UL 9540A:2019。那今天就来了解一下UL 9540A的发展现状和测试内容：

UL 9540A发展和现状如何？

UL 9540A:2019内容有哪些？

　　UL 9540A:2019规范了电芯、模组、电柜和安装四个层级的技术要求和试验方法，层层保障、级级防护。电芯层级验证热失控在电芯里是否发生及其风险等级；模组层级验证热失控在模组内是否扩散；电柜层级验证热失控在电柜间是否蔓延；安装层级验证消防系统在火灾控制上是否有效。

UL 9540A:2019电芯层级试验如何进行？

　　电芯层级试验大致分为6个步骤：电芯样品准备、热失控触发、气体收集、气体分析、气体配制、气体危险等级界定。

　　1. 电芯样品准备：

　　电芯按照制造商指定的方法，在最高工作环境温度下，进行至少2次充放电循环，达到100%SOC并静置1到8小时。

　　2. 热失控触发：

　　1）加热方法：通过使用外部应用的柔性薄膜加热器对电芯进行加热，该加热器应尽可能覆盖电芯外壳，但不用覆盖安全装置或端子，以便对电芯内部的电极组件进行持续加热。加热器对电芯表面的加热速率要求为每分钟4至7°C；如未能成功热失控，可考虑以下方法：

　　a）机械（如针刺）；

　　b）过充电、过放电或外部短路等；

　　c）使用备用热源（如烤箱）。

　　2）判定方法：当电芯表面温度变化速率超过外部热源的变化速率时；

　　3）监测项目：电芯表面温度、气体释放时电芯表面温度、热失控起始温度；

　　4）停止条件：最大表面温度终止条件取决于对电芯设计和化学性能的评价。

　　3. 气体收集：

　　使用合适的压力容器（如82升）收集热失控产生的气体，试验应在初始大气压和小于1%的氧气含量下进行。

　　4. 气体分析：

　　气体成分应采用气相色谱法（GC）和气体成分定量检测技术（或等效气体分析技术），来确定代表着火或爆炸危险的碳氢化合物气体以及其它需要测量的额外气体。

　　5. 气体配制：

　　根据以上气体分析的结果，配制相同成分构成的混合气体。

　　6. 气体危险等级界定：

　　对以上混合气体进行验证、定级，包括：

　　1）根据标准ASTM E918:2020 《确定化学物质在高温和高压下的可燃性极限常规做法》，在环境温度和电芯泄放温度下，确定气体的最低可燃性极限；

　　2）根据标准ISO 817:2014+A1:2017的附录C《可燃气体燃烧速度测量试验方法》，确定气体燃烧速度；

　　3）根据EN 15967:2022的条款4.4.2.4 《测定最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率》，确定气体最大爆炸压力Pmax。