UL能源與電力科技事業部首席工程師 樂艷飛

　　聚焦“技術應用雙創新，規模儲能新起點”，通過組織主題演講、展覽展示、創新大賽、專題研討、項目考察、新品發布、技術交流等多種活動，多維度精準對接全球儲能市場與應用，助力中國儲能企業與國際接軌，為儲能企業搭建與政策制定者、規劃者、電網管理者、電力公司、能源服務商的交流互動平臺。2019年5月18-20日，中關村儲能產業技術聯盟、中國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，UL能源與電力科技事業部首席工程師 樂艷飛在會上發言。

　　各位專家、各位領導、各位朋友們，大家下午好!

　　很榮幸受組委會邀請，參加2019年儲能國際峰會，我是來自UL公司的樂艷飛。我今天給大家分享的話題是《美國儲能系統標準概述》。

　　正式介紹之前，我們來看一下韓國這兩年發生的儲能系統起火案例。2018年韓國共發生16起儲能系統的起火案例，今年1月份又發生了4起起火案例。我們都知道，韓國是儲能電池的制造強國，連他們都能發生這么多儲能系統的起火案例，說明儲能電池的安全形勢還是比較嚴峻的，需要各位同仁專家們的努力來提高它的安全性，也需要標準制定部門制定更安全和更完備的標準。

　　儲能系統一旦起火，它的火勢蔓延非常迅速，而且很難被撲滅，會造成很大的經濟損失和人員傷害，另外給消防救援也帶來非常巨大的挑戰。所以這兩年美國制定了很多儲能規范和標準。今天我會先介紹北美儲能系統的規范，在北美叫做Code，再介紹UL9540儲能系統標準，還有UL9540A儲能系統熱失控蔓延的評估測試標準。

　　近兩年美國新制定的儲能系統相關的規范主要有這幾個。首先是美國電工規范或者NEC法規，最新版為2017版，還有美國國際防火規范IFC，國際建筑規范IBC，IFC、IBC最新版為2018版，IBC2018對儲能系統的要求參考IFC2018。還有國際住宅規范IRC，IRC是針對一個家庭或兩個家庭的住宅，IBC是針對普通建筑的要求。儲能系統的安全，在美國被認為非常重要，因此專門針對儲能系統新立了一個標準NFPA 855儲能系統安裝規范，目前該規范大框架和內容已經定下來，基本會在今年發布。

　　首先看一下美國電工法，2017版是最新版本。在2017版中專門針對儲能系統增加了一個新的章節“706章節”。706章節適用50伏AC或60伏DC以上的儲能系統，可以離網或并網工作。

　　在706.5中提到所有設備必須列名，如監控器、控制器、繼電器、保險絲、斷路器、能量轉換單元如PCS、能量存儲單元如電池等都必須列名;或者獨立的儲能系統整個做列名，在706章節中列名引用的標準就是UL9540這個標準。

　　IRC美國的住宅規范，2018版同樣增加了新的章節，R327儲能系統章節。同樣提到儲能系統必須UL9540列名。另外，它對儲能系統的安裝位置、通風要求、車輛碰撞防護、梯次利用電池許可進行規范，該規范適用于1kWh以上的電池系統，住宅中安裝的儲能系統只要大于1kWh必須滿足這個規范。

　　再看IFC 2018，它也增加了一個新的章節專門針對儲能系統，同樣有相應的要求，儲能系統需要UL9540列名。此外，因為它是防火規范，所以對火災探測和滅火有嚴格要求。另外，它對儲能系統安裝時的最大容量做了限制，對儲能系統里的機柜或電池簇的容量也有限制，如果您的儲能系統超過限制，需要提供危險抑制分析報告給相關部門，并補做大規?；馃郎y試，讓監管部門來接受。

　　從圖中可以看到，對于非專業建筑或非偏遠地段用的鋰離子類儲能系統，它在安裝時最大允許能量是600kWh，每一個機柜，如電池柜或電池簇，其最大允許能量是50kWh。每個機柜間距離及到墻壁間距離必須大于3英尺。儲能系統一旦超過這個限制，如總容量超過600kWh，或機柜和機柜間的距離比較小，就要補做大規?；馃郎y試，并且由AHJ美國監管部門批準是否接受這個系統的安裝。

　　因為IFC中并沒有給出大規?；馃郎y試方法，所以UL開發了UL9540A標準，專門為大規?；馃郎y試提供詳細評估方案，受到美國消防部門和監管部門的大力支持和認可。

　　我們再看一下NFPA 855。NFPA 855目前還在制定過程中，它主要基于IFC2018儲能系統防火相關的條款，然后在IFC的基礎上進行細分，它根據儲能系統不同的安裝位置，會給出不同的安裝要求。比如儲能系統是安裝在室內或室外的，安裝在有人或者沒有人活動的地方，或者安裝在屋頂或車庫，都是有不同的要求的。

　　同樣NFPA855對儲能系統也有UL9540列名的要求，當超出容量限制，或超出距離限制，儲能系統需要去評估大規?；馃郎y試UL9540A的評估。

　　前面講了很多美國規范，都有引用到UL9540?，F在我們來看一下UL9540標準，UL9540是針對儲能系統的安全標準，是全球第一本儲能系統安全標準。它在2015年被授權為美國國家標準，在2016年被授權為加拿大的國家標準，目前是雙國國家標準。它包含各種儲能類型，電化學類型如電池儲能系統或超級電容儲能系統，化學儲能系統如燃料電池，機械的和熱能的儲能系統，都涵蓋在這個標準里面。這些儲能系統可以單獨工作或者并網工作。

　　UL9540A對儲能系統的評估是非常全面的，它不僅有常規的測試要求，還有非常詳盡的結構要求，以及對說明書和標簽都有相應的要求。

　　我們來看一下結構要求。對于熟悉UL的朋友可能知道，UL基本上所有的產品安全標準都是會有結構要求部分，對產品的關鍵零部件和結構提出要求，UL9540也是這樣的架構。UL9450對其所有關鍵零部件都有相應的要求，如非金屬材料阻燃性怎么樣，溫度等級如何?外殼防護等級是不是達到合適的等級?另外對步入式系統的電氣安全如何考慮?線纜和連接器是否有UL認證，電氣參數是否合適?火警探測和抑制設備，如煙霧傳感器，噴淋頭是不是可靠的、是不是有UL認證?都需要在UL9540結構評估中做非常詳盡的評估。

　　這里要強調控制系統和功能安全。之前惠主席也介紹過，不同的系統之間的兼容性問題。我們知道儲能系統里面最主要的單元是電池和PCS，有人可能認為，我認證過的電池和認證過的PCS組裝在一起是不是安全了?之前有發生過PCS在運行的時候，它上面的噪聲電壓造成電池BMS的損壞，進而造成整個儲能系統的起火。所以整個儲能系統即使里面很多零部件已經認可過，但組成儲能系統時，還要考慮各個零部件之間的兼容性，整個系統兼容安全控制和功能安全也要全面評估。

　　當然標簽和說明書也是非常重要的一部分，比如安全標志，可以有效地預防危險。說明書可以有效保證儲能系統在安裝和運行時候的安全。

　　UL 9540測試主要分為三大塊：常規電氣測試、環境測試，這兩部分測試對所有儲能系統都適用，比如溫升測試，看它正常工作時溫度上升情況，看它的零部件是不是有超出其工作溫度范圍運行，還有耐壓、浪涌測試;有些系統可能安裝在地震帶，那地震測試有沒有考慮?這部分都需要評估。機械測試主要針對機械類儲能系統，如飛輪儲能系統，會考慮機械方面的測試評估。

　　再看UL 9540A電池儲能系統熱失控擴散評估測試標準，它用來記錄和分析ESS起火特性，可以評估消防措施是否有效。從這個時間軸上可以看到，這個標準的制定和修訂是非?？?，目前UL 9540A標準是第三版，在今年三月份又發布了新的公告，大概會是第四版的內容。

　　之前有提到，UL9540A受到監管部門、消防部門的大力支持和認可，為什么呢?主要是因為我們這個標準可以提供很多關鍵的消防安全相關的信息。通過這個測試之后，我們可以知道電池儲能系統的安裝參數，比如機柜到機柜之間的距離。熱失控時產生的煙霧量、熱量，以及對應的通風要求。也可以評估消防設施是不是有效，并幫助消防部門提供消防應對策略。

　　正是因為UL9540A能提供很多消防安全相關的信息，能減少消防員的安全顧慮，所以它被儲能集成商、保險業、建筑業主、監管部門和消防部門等利益相關方的大規模認可和采用，他們紛紛要求電池制造廠家和系統制造廠家去做UL 9540A的分析測試報告。

　　UL 9540A的測試報告主要從四個層級對儲能系統熱失控蔓延的情況進行評估，包括電芯、模塊、機柜、安裝層級測試。電芯層級測試主要看電芯是不是熱失控，模塊層級看熱失控在模塊內部擴散的傾向，機柜層級看熱失控是否在整個機柜內蔓延，并可能蔓延到其他相鄰機柜的情況。安裝層級的測試，更多看消防系統的有效性。

　　這是電芯層級測試的裝置。在電芯層級測試時，我們會觸發電芯熱失控，并對它熱失控的氣體進行收集和分析。在電芯層級可以得到很多重要參數，包括電芯熱失控方法和參數，電芯泄氣溫度，這個曲線我們看到的是先有電芯泄氣溫度，然后是電芯熱失控。還有電芯釋放的氣體，它的成分是什么，氣體總量是多少，它的可燃濃度是多少，它的氣體的燃燒速度是多少，以及氣體最大壓力是多少?這些都在我們電芯測試報告中有包含。

　　在模塊層級，我們把模塊放在集氣罩下，采用電芯層級的熱失控方法觸發一個或幾個電芯熱失控，以保證測試的可重復性。在模塊層面，我們讓電芯熱失控后，觀察熱失控在模塊內蔓延的情況。在模塊層級測試，我們可以得到整個模塊熱釋放率，煙霧釋放率和釋放總量，它的燃燒的危險性以及電芯泄氣氣體成分的總量，模塊會不會起火，有沒有爆燃的風險等。

　　在機柜層級，我們會根據制造商給出的安裝說明書來布置測試機柜。如果你的說明書里面允許機柜或電池簇兩排或多排安裝，則放四個機柜測試，如果只允許單排安裝，比如集裝箱只有一排電池簇，就放兩個機柜來測試。這個圖中左上角的這個機柜是真實機柜，另外三個機柜或一個機柜是去除電池芯后的機柜，但會保留整個機柜機架、模塊外殼、電纜及其他零部件，只是去除電芯。機柜間的間距及到墻壁間的間距都是根據說明書來布置的。同樣讓機柜中某個模組里面一個或多個電芯熱失控，觀察電芯熱失控蔓延的情況，有沒有可能蔓延到隔壁機柜，并監測機柜溫度、墻體溫度、墻體熱流及機柜熱流。我們也會得到很多重要數據，如初始機柜模塊之間熱失控蔓延情況、熱釋放率、總的煙霧釋放率、總的氣體成分和體積、墻體溫度和熱流、起火/爆燃風險、以及有沒有可能復燃等。

　　最后是安裝層級測試，如果機柜層面有觀察到外部火焰，需要在安裝層級結合消防設備來做測試，否則就不需要做測試。在這個測試里面，其他測試布置都和機柜層級一樣，只是我們會結合天花板上的自動噴淋系統讓它工作，或者有制造商提供的防火方案的話，可以把它配置起來測試。我們在這個層級的測試可以得到的數據，包含機柜層級的所有測試數據，同時也可以評估到消防系統是不是可以有效地工作。一旦起火之后，消防系統是不是可以把這個火撲滅?

　　前面是主要內容，最后簡單介紹一下UL。UL成立于1894年，最早源于芝加哥博覽會的電器起火調查，從而成立了保險商實驗室即UL。目前UL業務已經遍及143個國家，跨越20多個行業。從儲能、風能、光伏、材料、線材、家電等等都有涉及。在電池領域，我們制定很多標準，同時提供測試認證服務，另外我們也有自己的研究實驗室，比如電池內短路研究和老化研究等，也做很多電池失效的案例分析，比如波音787案例分析和三星Note 7案例分析。非常歡迎大家跟我們探討電池的安全，并跟我們一起合作。

　　謝謝大家!