概述

2011年，美國(guó)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UL2580。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。UL2580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。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試及要求解析

• 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UL 1642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。

本文重點(diǎn)針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求進(jìn)行分析。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣安全測(cè)試

1. 過(guò)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。對(duì)于只有一種保護(hù)裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，考察的是模塊自身承受過(guò)充電或短路的能力，包括在過(guò)充和短路過(guò)程產(chǎn)生熱量的散熱能力。此兩個(gè)試驗(yàn)在沒(méi)有保護(hù)的情況先較容易失敗。對(duì)于有兩種以上保護(hù)裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，考察的是冗余保護(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。

2. 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(guò)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)。

3. 為了更好控制電池系統(tǒng)整體的溫度，保障電系統(tǒng)再最好的狀態(tài)下運(yùn)行，可以通過(guò)增加冷/熱系統(tǒng)控溫來(lái)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)。

4. 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(wú)均衡電路或壓差保護(hù)功能，則無(wú)法滿足此試驗(yàn)的要求。

5. 針對(duì)電路電壓超過(guò)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SAE J2380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(guò)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(guò)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。

• 標(biāo)識(shí)標(biāo)簽要求：

• 說(shuō)明書(shū)要求

1. 安裝和集成到最終使用車輛的說(shuō)明；

2. 充放電、存儲(chǔ)、更換、回收、處置的正確操作說(shuō)明；

3. 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(shuō)明應(yīng)；

4. 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(shuō)明；

5. 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(guò)UL 2580的認(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：

1.保護(hù)設(shè)計(jì)的冗余：對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)充、短路、過(guò)放、過(guò)溫、均衡等設(shè)計(jì)保護(hù)功能，過(guò)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(guò)其它的保護(hù)斷開(kāi)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(wèn)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。

2.零部件的選擇：零部件的選擇要考慮其在車輛使用過(guò)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(wèn)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(gòu)，建議客戶提供相應(yīng)的證書(shū)；

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)要求（上表已列出）并通過(guò)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。

3.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)不至于零部件的脫落；外殼的抗沖擊性，外殼具有一定的硬度，能通過(guò)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；

4.標(biāo)識(shí)、標(biāo)簽和指示說(shuō)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(shuō)明書(shū)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，客戶的要求綜合考慮設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車用儲(chǔ)能裝置。