動(dòng)力電池UL 2580標(biāo)準(zhǔn)詳解

2011年,美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)針對(duì)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池系統(tǒng)安全頒布了UL 2580。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了兩次修訂,目前的版本為2020發(fā)布。UL 2580標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了所有電動(dòng)車輛(道路乘用車和重型非道路車輛,如工業(yè)卡車叉車，但不包括輕型電動(dòng)車)使用的儲(chǔ)能系統(tǒng)。且不限制儲(chǔ)能系統(tǒng)的類型，電化學(xué)儲(chǔ)能(Li/Na/Ni),超級(jí)電容器等均可。標(biāo)準(zhǔn)總共分為10個(gè)章節(jié):介紹、結(jié)構(gòu)、性能、電氣測(cè)試、機(jī)械測(cè)試、環(huán)境測(cè)試、熱蔓延測(cè)試、標(biāo)識(shí)、指示及附錄。為了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,應(yīng)在理解標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上做好產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、電路、保護(hù)等設(shè)計(jì)工作。

測(cè)試要求

UL2580標(biāo)準(zhǔn)涵蓋電芯和電池包的測(cè)試要求,UL2580關(guān)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容包括電氣測(cè)試、機(jī)械測(cè)試、環(huán)境測(cè)試以及熱蔓延測(cè)試。電芯的測(cè)試有兩個(gè)附錄:附錄B主要測(cè)試項(xiàng)目參考IEC 標(biāo)準(zhǔn)的要求,附錄D主要測(cè)試項(xiàng)目參考UL1642的要求,兩個(gè)附錄可任選一個(gè)。

完整的測(cè)試項(xiàng)目如下表:

儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣安全測(cè)試

·過充電與短路試驗(yàn)需要對(duì)電池系統(tǒng)對(duì)應(yīng)保護(hù)功能做單故障失效處理電或短路的能力,包括在過充和短路過程產(chǎn)生熱量的散熱能力。因此兩個(gè)試驗(yàn)在沒有保護(hù)的情況下較容易失敗。對(duì)于有兩種以上保護(hù)裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)來說，考察的是元余保護(hù)功能能否正常工作以及在規(guī)定的最大工作條件下的安全性能,儲(chǔ)能系統(tǒng)若能正常啟動(dòng)保護(hù)則失效的可能性極小。

·溫升試驗(yàn)要求在儲(chǔ)能系統(tǒng)最大工作條件下,儲(chǔ)能系統(tǒng)外殼、零部件和可接觸的元件表面的溫度不能超過其限值。此試驗(yàn)考察零部件在最大工作條件下其溫度是否超出規(guī)定限值,以及可接觸表面的溫度是否會(huì)對(duì)人造成傷害。制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)熱狀況,評(píng)估使用的零部件的溫度限制值是否能滿足預(yù)期的溫升,以及可接觸表面的溫度是否可以控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

為了更好控制電池系統(tǒng)整體的溫度,保障電池系統(tǒng)在最好的狀態(tài)下運(yùn)行，可以通過增加冷/熱系統(tǒng)控溫來滿足要求。為了驗(yàn)證冷/熱管理系統(tǒng)故障時(shí)，電池系統(tǒng)是否能保護(hù)或正常工作,這就是標(biāo)準(zhǔn)要求的冷/熱系統(tǒng)故障試驗(yàn)。

·不平衡充電試驗(yàn)的目的是考察當(dāng)電池系統(tǒng)中的電芯/模組之間存在壓差時(shí)的保護(hù)功能。此項(xiàng)試驗(yàn)需將模組中的一個(gè)電芯放電至50%SOC,其他電芯完全放電,創(chuàng)造不平衡條件,再進(jìn)行充電。此時(shí)電池系統(tǒng)若無均衡電路或壓差保護(hù)功能,則無法滿足此試驗(yàn)的要求。

· 針對(duì)電路電壓超過60Vdc的危險(xiǎn)電壓電路還有絕緣耐壓與接地電阻要求。若電壓小于60Vdc則不用考慮這幾項(xiàng)試驗(yàn)。

機(jī)械測(cè)試

翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)是模擬車輛翻轉(zhuǎn)的情況(360°翻轉(zhuǎn))。振動(dòng)試驗(yàn)參考了SAEJ2380的隨機(jī)振動(dòng)方法。而沖擊試驗(yàn)則引用了IEC 60068-2-27的規(guī)定。包含了電動(dòng)車輛運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的多種異常情況。

環(huán)境測(cè)試

考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)在車輛使用過程可能遇到的外界環(huán)境條件:如水浸、火燒溫度變化及鹽霧條件。

熱蔓延測(cè)試

熱蔓延試驗(yàn),考察在儲(chǔ)能系統(tǒng)中一個(gè)電芯失效時(shí)是否會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的起火爆炸。

零部件要求

UL2580還針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的零部件提出了基本安全的設(shè)計(jì)要求。其內(nèi)容涵蓋了非金屬材料燃燒等級(jí)、耐UV老化的要求,金屬材料的抗腐蝕性、電池外殼的絕緣性要求等，同時(shí)在對(duì)儲(chǔ)能管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及保護(hù)線路設(shè)計(jì)等方面提出了安全性審查的要求。

零部件	要求
塑料外殼	塑料外殼	材料屬性 模具應(yīng)力消 抗紫外線
阻燃	UL 94	V-1
金屬外殼	UL 50E	防腐蝕/提供絕緣墊片來防止和導(dǎo)體短路
不同金屬部件	無電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生	Appendix Table B.1
墊片和密封圈	UL 157	如果和安全有關(guān)
外殼	IEC 60529 Clause12	至少IP2X
線纜	橙色絕緣皮/橙色底帶條紋的絕緣皮
接線端子	UL2251	從車輛中卸下充電的電池的連接器
線扎	UL1565
冷/熱管理系統(tǒng)	容器、 管道材料防止冷卻液腐蝕
電氣間距	UL 60950-1	基于工作電壓，絕緣水平，污染等級(jí)等
	ISO 6469-1	適用與電解液可能漏液的情況
減少電氣距離	UL 840、UL 60950-1Annex G
電氣絕緣	危險(xiǎn)電壓電路與可接觸的電路或部件之間需滿足: 基礎(chǔ)絕緣+保護(hù)接地 2.雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣
保護(hù)接地		1所有結(jié)合點(diǎn)到主接地的電阻值需要≤0.1Ω 2.主接地端需要標(biāo)識(shí):”G”，“GR”，“Ground”,Green color.
安全分析	工廠必須提供一個(gè)對(duì)電能儲(chǔ)存系統(tǒng)的安全分析如 FMEA
	安全分析需要考慮保護(hù)電路中零部件單一故障情況
	有源設(shè)備不能被認(rèn)為是可靠的關(guān)鍵保護(hù)設(shè)備，除非: ·提供了額外的無源保護(hù)設(shè)備 提供了額外的有源保護(hù)設(shè)備，在第一重有源保護(hù)設(shè)備失效后或斷電后，第二重有源保 護(hù)仍帶電并可正常工作 ·有源電路斷電后，仍然安全 ·通過IEC61508 安全完整性等級(jí)(SIL)、IEC62061 安全完整性等級(jí)要求限制(SILCL)ISO26262汽車安全完整性等級(jí)(ASIL)或ISO13849-性能等級(jí)(PL)
功能安全	a) UL 991和UL 1998 b ) UL 60730，電子控制要求的附件功能安全 c) IEC 61508( 所有部分) d) IEC 62061 e) ISO 26262 ( 所有部分 ) f) ISO 13849-1
控制設(shè)備	有危險(xiǎn)電壓電路的電 能儲(chǔ)存組件應(yīng)配備危 險(xiǎn)電壓手動(dòng)斷開裝置	·可同時(shí)斷開高壓電路的兩極 ·斷開可物理驗(yàn)證 ·不需借助工具或防護(hù)設(shè)備 ·不暴露帶電體 ·在滿載下可至少斷開一次 ·需要手動(dòng)斷開 ·位于高壓電路能被中間斷開的位置(如道路車輛)或者正負(fù)極附近(如非道路車輛）
	如果提供危險(xiǎn)電壓自動(dòng)隔離裝置，則可以是自動(dòng)斷開裝置	·絕緣阻抗偵測(cè)值≥100Ω/v ·可滿載情況下斷開高壓電路 ·不會(huì)自動(dòng)復(fù)位 ·位于自動(dòng)復(fù)位 ·位于正負(fù)極附近 ·自動(dòng)斷開不會(huì)造成危險(xiǎn)
電芯	附錄B或D結(jié)構(gòu)檢查	鯉電芯
	UL2054	鎳基電芯
	UL1973-附錄 B	B電芯
	UL 1989	鉛酸電芯
	UL 810A	電化學(xué)電容器

標(biāo)識(shí)標(biāo)簽要求

說明要求：

·安裝和集成到最終使用車輛的說明;

·充放電、存儲(chǔ)、更換、回收、處置的正確操作說明;

·不可拆卸的非道路車輛的儲(chǔ)能系統(tǒng)，且與特定充電器一起使用,應(yīng)提供安裝說明;

·從車輛上卸載或者安裝到車輛上的儲(chǔ)能系統(tǒng)安全操作說明;

·電芯安全運(yùn)行的規(guī)格，包括電芯運(yùn)行參數(shù)、安裝要求等。可參考IEEE1625附件E。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)建議：

為了使產(chǎn)品能順利通過UL2580認(rèn)證，根據(jù)以上的標(biāo)準(zhǔn)要求分析，建議在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上需要做好以下工作:

保護(hù)設(shè)計(jì)的冗余:對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的過充、短路、過放、過溫、均衡等設(shè)計(jì)保護(hù)功能,過充和短路保護(hù)還需要考慮設(shè)計(jì)雙層保護(hù)功能。在某一個(gè)保護(hù)功能失效的情況,能通過其它的保護(hù)斷開電路。在保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的軟件的可靠性及功能性問題。如廠家不具備軟件設(shè)計(jì)能力可以尋找有相應(yīng)認(rèn)證或成熟的軟件供應(yīng)商及產(chǎn)品。零部件的選擇:零部件的選擇要考慮其在車輛使用過程可能遇到的最嚴(yán)酷的環(huán)境條件,如塑料產(chǎn)品的最高溫度、導(dǎo)線的最大電流等,另外還需要注意以下問題:

·電芯的選擇的尤為重要，電芯在滿足燃燒噴射的測(cè)試(附錄B或D)時(shí)，電池包可以不做火燒試驗(yàn),如果電芯是外部采購,建議客戶提供相應(yīng)的證書;

·塑料材料:塑料材料部件的燃燒等級(jí)和絕緣性能需要滿足對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)求(上表已列出)并通過相應(yīng)的認(rèn)證;

·電子零部件:除了考慮適用條件外,還需要考慮對(duì)電磁兼容的影響。

整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮產(chǎn)品的使用環(huán)境,如浸水時(shí)的密封性;機(jī)械測(cè)試時(shí)零部件的固定，如在翻轉(zhuǎn)、振動(dòng)及沖擊試驗(yàn)時(shí)不導(dǎo)致零部件的脫落;外殼的抗沖擊性,外殼具有一定的硬度,能通過跌落測(cè)試，并在擠壓測(cè)試時(shí)對(duì)內(nèi)部的電芯有足夠的保護(hù)作用;

標(biāo)識(shí)、標(biāo)簽和指示說明:按標(biāo)準(zhǔn)的要求做好相應(yīng)的標(biāo)識(shí)要求,如接地的標(biāo)識(shí)、標(biāo)簽的內(nèi)容說明書的內(nèi)容都應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)的要求。

這里只從標(biāo)準(zhǔn)的角度去考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì),廠商還應(yīng)結(jié)合成本、客戶的要求等綜合考慮設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車用儲(chǔ)能裝置。

以上就是安可捷檢測(cè)認(rèn)證對(duì)UL認(rèn)證的介紹，僅供參考，部分素材來源于網(wǎng)絡(luò)，并不代表安可捷檢測(cè)技術(shù)的觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題，請(qǐng)?jiān)?0日內(nèi)與我們私信聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除內(nèi)容！