锂离子电池应用领域日趋广泛，但锂离子电池的材料特性使得安全性能始终要放在产品准入要求的首位。众所周知，便携设备用锂离子电池出口到美国，需要先通过 UL 认证，测试标准包括 UL2054: 2011 锂蓄电池组［1］和UL1642: 2012 锂蓄电池组［2］。近年来，锂离子电池的应用拓展到储能和车用领域，因车用锂离子电池能量密度大，安全性能成为各方关注的焦点。美国 UL 实验室也陆续发布了车用电池 标 准 UL2271: 2013 轻 型 电 动 车 ( LEV) 用 电 池［3］、L2272: 2016 平衡车电气系统的调查概述［4］和 UL2580: 2013电动汽车电池安全标准［5］ ，作为车用电池 UL 认证的检测依据。这 3 条标准的测试项目和测试条件，较便携式锂离子电池更趋复杂。本文作者对车用电池 UL 标准进行深入解析，以期为车用锂离子电池设计研发提供技术参考。
1 测试项目和适用范围比较
目前，车用锂离子电池 UL 标准主要是 UL2271: 2013、UL2272: 2016 和 UL2580: 2013。这 3 条标准的测试项目和适用范围各有差异，具体对比情况列于表 1。
由于近年来发生了一些平衡车安全问题，UL2272: 2016标准需要在 UL2271: 2013 标准的基础上，根据平衡车的使用特点，对平衡车的关键器件马达、轮子和线扣等制定安全测试要求。UL2580: 2013 标准是针对车用动力电池的测试标准，除关注内部组成电芯的安全外，还特别对电池系统冷热稳定性、防水性和材料阻燃性等性能制定了测试要求。这些标准的陆续发布，既表明 UL 电池标准体系紧跟市场变化，顺应锂离子产品多样化的发展趋势，也说明锂离子电池安全问题备受美国市场的关注。
2 测试要求解析
2. 1 通用测试项目
2. 1. 1 过充电、短路、过放电项目
过充电、短路、过放电测试在其他电池标准中均为常规测试项目，但表 1 中的过充电、短路、过放电项目的测试条件更复杂，均要求接受测试的样品在电池对应保护功能发生单故障失效( 在样品准备阶段，人为使得保护功能失效) 的状态下接受测试。在过充电测试前，需将电池样品的充电控制回路保护功能逐一开路或短路; 在短路测试前，需将所有保护控制回路逐一开路或短路; 在过放电测试前，需将放电控制回路保护功能逐一开路或短路。对于只有 1 种过充电保护或过放电保护装置的电池而言，实际测试的是没有保护装置的电池模块，考察的是模块内电芯的一致性和电芯自身承受过充电或过放电的能力。对于有两种以上过充电保护和过放电保护装置的电池而言，单故障模拟时只要其他保护功能仍能正常工作，电池整体失效的可能性极小。车用电池的智能管理系统较便携设备电池更复杂，如需将对应的保护功能开路或短路，设计厂家和测试机构需要将电池管理系统的结构进行充分对接，防止在准备测试样品阶段对电池样品造成损伤，影响最终测试结果。
2. 1. 2 温度项目
温度测试不同于其他电池标准中的高低温循环和高温搁置项目，要求在最大电流充电和放电状态下，电池样品、车内部件和使用者可接触的用电器表面的温度不能超过限值。选用合适的锂电池热管理系统是目前车用电池普遍采用的温度控制方式。逯彦红等［6］综述了车用锂电池的 4 种主要散热方式( 空冷、液冷、相变冷却和热管冷却) 的优缺点，提出在锂离子电池的空冷风道中合理布置针翅散热器、泡沫金属或二者的组合。这是车用锂离子电池理想的散热方式。
2. 1. 3 不平衡充电项目
不平衡充电测试需将电池模块中的一个电芯放电至50% 容量，其他电芯在满电的状态下，用专业充电器对电池进行充电测试。实际考察电池内部电芯一致性不理想时，电池的安全性能。此项目的难点在电池内部电芯的放电处理，如果在组装电池前就将电芯分别充电或放电，后续测试就相对简单，对成品电池的整体影响也最小; 但如果将成品电池拆解后再对内部电芯进行充放电，则不易操作，或由于其他元器件的损伤而影响电池的整体性能。
2. 1. 4 其他常见项目
耐电压、绝缘阻抗项目和盐雾试验为电子电器设备常规检测项目。耐振动、冲击、挤压、壳体应力和温度循环项目在电池检测标准中也是常规的检测项目。浸水项目在电池标准中相继出现，主要是模拟实际使用过程中产品长时间浸泡在水中的安全性，考察电池的整体密封性能。
2. 2 特殊测试项目
2. 2. 1 马达过载测试
UL2272: 2016 标准要求逐渐增大平衡车的载重，直至产生过载保护或马达线圈断路。平衡车马达线圈温度不能超过如下限值: 热等级 A、B、F 及 H 的温度限值分别为140 ℃ 、165 ℃ 、190 ℃ 和 215 ℃ 。平衡车马达过载存在造成电池过放电的风险，但只要电池过放电保护装置能正常工作，失效风险就很小。
2. 2. 2 马达轮子自锁
UL2272: 2016 标准要求起动平衡车马达，让轮子自锁达7 h。马达线圈温度应满足表 2 的要求。表 2 UL2272: 2016 标准马达轮子自锁测试条件测试对象不涉及电池，但电池的保护功能在测试时须能正常动作，防止过放电或短路。
2. 2. 3 线扣应变测试
测试评 价 的 是 平 横 车 的 线 扣 强 度，测 试 对 象 不 涉 及电池。
2. 2. 4 冷 /热稳定系统失效测试
在电池冷 /热稳定系统失效后，对电池系统进行充放电测试，同时对电池系统进行外部火花源测试，检查电池在此过程中所释放出气体的可燃性。需要对整个测试过程进行严密监控，防范电池系统失效导致电池在测试时起火、爆炸，造成人身伤害。
2. 2. 5 20 mm 终端产品阻燃性测试
便携式设备用电池标准中一般没有材料阻燃性测试，属于材料测试范畴。已有市售标准测试设备，测试样品所需的高精度尺寸是测试的难点。
2. 2. 6 外部火烧测试
测试电池系统在外部火源下的防爆能力，测试场地需要有足够的防火和防爆能力。火源需要准确定位到电池系统的测试部位，并能得到有效的控制，否则电池系统一旦失效，可能会对测试设备和人员造成伤害。
2. 2. 7 内部火烧测试
测试电池系统内部电芯局部过热或充电滥用情况下起火而导致整个电池系统面临热失控的状态。需要对加热或充电设备进行有效的控制，防止电池系统失效对测试设备和人员造成的伤害。
3 结论
美国是我国锂离子电池的主要出口国，UL 标准及认证体系已成为产品出口美国最重要的敲门砖。随着锂离子电池应用领域的不断拓展和国家对新能产业的政策倾斜，车用锂离子电池成为车用电源的新宠。针对锂离子电池出现的安全问题，国内外相继出台了车用锂离子电池检测标准，生产企业需要及时掌握新标准的要求，持续提升研发能力，才能在市场竞争中树立自身的技术优势。