中國儲能網訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務廳、長沙市人民政府、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合主辦，100余家機構共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨首屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新儲能、新動力、新發(fā)展”。
會后，為了能讓參會代表有更深入的行業(yè)交流，小編經過演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
趙家林：各位嘉賓、各位專家，以及各位同行，大家下午好。我是來自TUV南德智慧能源部的趙家林，剛才李工給大家分享了國內儲能標準體系，我這邊跟大家分享國際方面對于儲能系統(tǒng)的安全標準的簡介。
我今天演講主要分五部分：首先簡單介紹一下儲能產品的特點；其次是看看全球主要有哪些儲能系統(tǒng)的標準；然后是就現在主流的標準——IEC標準和UL標準的思路和重點給大家做個簡單介紹；最后是看看其他國家他們的儲能系統(tǒng)方面標準的發(fā)展趨勢。
儲能，如果是從廣義來說，是一個很大的概念，包括電化學儲能、機械儲能、熱儲能、電氣儲能和化學儲能等。從狹義來說主要指以鋰離子電池為代表的電化學儲能，這里主要針對鋰電池儲能系統(tǒng)來做介紹。
我們要考慮一個產品標準的時候，或者說標準委員會在制定標準的時候，首先要對產品有一個全面的認知，這個產品它到底有什么特點，為什么要額外制定一套標準來進行規(guī)范和要求。我們都知道，國際電工委員會針對電氣產品制定了很多標準，為什么還要制定一個儲能系統(tǒng)相關的安全標準呢。
因為儲能系統(tǒng)和傳統(tǒng)的電氣產品有很大的不同，主要體現在產品構成、應用場景和風險危害等幾個方面。以家電產品為例，它的構成相對簡單，應用場景也比較單一，主要風險危害是電氣風險。但是儲能系統(tǒng)，它由多個子系統(tǒng)組成，構成復雜，應用場景也很廣泛，除了電氣危害之外還有能量和火災爆炸危害。對這種產品制定標準的時候需要有額外的考慮。
既然這類產品比較特殊，又需要有專門的標準進行規(guī)范，接下來簡單看一下目前全球各地發(fā)布的相應標準。
首先，我們講的是系統(tǒng)層面的標準。如果單說儲能標準，里面包括電池、PCS、電纜以及相關的零部件，可以有一系列的標準。系統(tǒng)層面的安全標準主要有國際電工委員會制定的IEC 62933-5-1和-5-2,北美有UL 9540。歐洲有EN IEC的標準，德國有相關系統(tǒng)的標準比如VDE標準，新加坡也開始在制定他們的儲能標準。接下來重點介紹IEC和UL標準制定的思路，這兩個標準從標準的框架和理念來說有很大的不同。
IEC在制定標準時，會針對某類產品成立一個技術委員會，對于儲能系統(tǒng)或者儲能產品成立的技術委員會是TC 120。他們制定標準的時候分了五大部分，分別從詞匯定義、基本參數和測試方法，然后是設計和性能評估，還有是環(huán)境影響，最后一部分是安全要求，其中對于第五部分目前已經發(fā)布的兩個標準是-5-1，和-5-2。
“-5-1”是一個技術規(guī)范，說的是理念性的東西，應用層面很難操作?！?5-2”是一個具體要求，但它跟傳統(tǒng)的標準有點不一太一樣的：傳統(tǒng)的IEC產品標準一般分三大塊——第一部分是結構要求，第二部分是測試，第三部分是文件要求；它也有這三大部分，但是從標準框架來看，它把第四條、第五條、第六條這三條重點放在風險評估以及降低風險的措施上面，反而把測試和文件的要求大大的弱化了。
這種考慮也是結合剛才說的儲能系統(tǒng)產品的特點而來的，第一個它的應用場景很廣泛，它的組成方式又很多樣，所以我們在制定一個標準的時候，不能寫得太具體，因為寫得太具體會限制很多應用場景。比如以澳洲的標準來說，它其實更側重于小儲能，但是大型的集裝箱儲能，它的適用性就比較差一點。
另外，這個畢竟是一個產品標準，所以它不可能把標準制定的特別廣泛，因為廣泛其實純粹就是理念，就跟“-5-1”里面的內容差不多。但是還是強調了風險評估的工作，這個工作需要做在產品最終成型之前。因為單純的測試驗證是沒辦法有效控制這種產品的高風險。
風險評估基本上流程大家都很熟知，比如你首先要定義一個儲能系統(tǒng)，有哪些危害，需要做一個評估，然后做評價，如果風險超出你的可接受程度，需要采取風險降低措施，最后再評估和測試驗證。這是它的基本思路和流程。
在做風險評估的時候，需要確定它的危害。一般的產品都有這些危害，我這邊藍色部分是強調的是對于儲能系統(tǒng)比較特別的危害，這是在其他一般電氣產品里面不具有的。比如弧閃，傳統(tǒng)的產品也有這個問題，但是沒有這么突出，鋰離子電池高壓大電流，在操作的過程中會有很高弧閃的風險。還有是基于鋰離子電池的火災和化學危害等，標準對其做了重點說明。這是標準對于具體每種電池技術的重點危害做的說明（如圖）。
在做系統(tǒng)風險分析的時候，標準提供了很多方法：有自上而下的分析方法，也有自下而上的分析方法，比如常見的FMEA分析，故障樹分析，HAZOP分析，STAMP，這是制造商做產品研發(fā)的時候就要考慮的。
關于產品安全設計，這也是一個很基本的理念：本質安全、防護和保護，提供用戶信息。從過程控制角度來說，它給了一個很好的思路。第一步你要考慮你對所謂風險點進行控制和監(jiān)控，然后采取一定的預防措施。如果你這個問題已經凸顯了，你需要有一定的緩解措施。當你的緩解措施達不到效果的時候，需要有緊急響應，從現場的緊急響應到整個大區(qū)域的緊急響應。
這個思路最典型的例子是儲能系統(tǒng)的火災防控問題。針對火災問題，首先要在BMS層面進行控制和監(jiān)控，你可以裝氣體偵測器做早期的識別，然后你要對儲能系統(tǒng)做定期的維護，如果你這些效果都還沒辦法降低風險，或者說還有事故發(fā)生的時候，你有一個滅火裝置進行滅火。最后還有聲光報警和其他措施，這是基本的理念。但是往往做產品設計的時候，只在前面的BMS、消防、氣體偵測考慮，會把后面這部分的所謂流程規(guī)范性的東西忽略。
測試方面，根據不同的危害風險做相關測試進行驗證。測試的目的是有限程度上驗證系統(tǒng)的安全性，但系統(tǒng)安全僅僅靠測試是無法保證的。針對電氣危害，都是一些基本安規(guī)測試，機械方面有機械相關的測試驗證，針對爆炸危害主要是從氣體偵測和通風角度考慮。在火災危害，在它測試部分是引用電池的IEC 62619里面的熱失控火災蔓延測試。但是在正文里面提到對具有熱失控風險的電池系統(tǒng)，需要做大規(guī)模火燒測試進行驗證，后面引用到UL 9540A，這是我們現在做儲能系統(tǒng)遇到的一個比較難的問題?；瘜W危害主要是指有毒液體的儲能形式，比如液流電池技術。另外因為畢竟是一個系統(tǒng)，它需要考慮到輔源和通訊故障，以及系統(tǒng)和系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的通訊故障引起的危害驗證。最后是一些環(huán)境測試。
對于文件也是比較通用性的，用戶手冊、緊急響應手冊等等這些。
可以看出來，IEC標準其實它更強調在前期做風險評估以及風險降低措施，而不在于后期的測試。測試方面列出了很多測試項，相對來說還是比較容易滿足的。
接下來看一下UL標準。
如果有研究過美國標準的話，大家會知道UL標準只是其中的一部分，他們有很多的技術協(xié)會制定的標準。比如材料測試方面有ASTM系列的標準；跟火災和電氣相關會涉及NFPA標準。NFPA是美國國家消防保護協(xié)會，雖然它是一個消防協(xié)會，但是它制定的NFPA 70標準在美國是作為一個國家級別的電氣規(guī)范，可見它的影響力。它在2020年發(fā)布了一個標準，叫NFPA 855，這個標準是對于在美國安裝儲能系統(tǒng)的時候的安裝規(guī)范。它跟右邊的UL 9540不太一樣，UL 9540是一個產品標準，就是產品要滿足什么要求。安裝規(guī)范是產品在現場安裝的時候，產品本身要有什么要求，以及在安裝方面有什么要求。所以NFPA 855是儲能系統(tǒng)最終應用的標準。最右邊的標準叫UL 9540A，它是熱失控火災蔓延的評估方法，可以認為它只是一個測試項目。
UL 9540在2016年已經發(fā)布了第一版，2020年又更新了一版。新版里面強調了這是一個系統(tǒng)標準，電池有其自己的標準，比如UL 1973,PCS有PCS的標準。
從它的框架可以看得出來，這跟剛才說的傳統(tǒng)的標準架構比較類似，主體分為結構、測試和文件三大塊。從測試的角度來說它的難度不大，反而在結構這一塊的要求，比較難滿足或者實現。比如電氣方面的一些要求，以及系統(tǒng)安全分析和控制，還有可燃氣體聚集和消防等等要求。
關于UL 9540認證，簡單說就是電池系統(tǒng) + PCS的整合。需要做的事情有很多項，有對材料、對結構，對零部件的要求，這是最基本的，然后需要考慮電氣安全、火災與爆炸風險、安全控制，最后的測試驗證和文件，所有這些工作做完之后才能符合整個標準的要求。
這里我就認證過程中可能會遇到的一些難點給大家介紹一下，具體標準內容就不展開了。
首先第一個難點是UL 9540A?？雌饋硭且粋€測試方法，但是實際它要具體來看有四項測試，通常會做到第三個級別。這四個級別分別是電芯級別、模組級別、單元級別和安裝級別。為什么要做這個測試？大家都知道鋰電池風險很高，但是風險高，你能說得清楚它到底是什么樣的特征，它有什么量化的數據嗎？它有哪些氣體成分？它的溫度會到過高？它的熱釋放速率會到多少？這個標準就是要從實驗的角度來量化這些信息。從電芯到模組，到單元以及安裝級別，會釋放什么成分，爆炸極限到多少，熱失控是怎樣的，會不會有火起來，會不會影響周圍其他的儲能單元？因為這些測試做起來復雜，成本也很高，周期也比較長，這是一個難點。
另外，大家在做認證的時候會問到，是不是所有的儲能系統(tǒng)都要做這個測試？其實不盡然，需要做UL 9540A的測試，簡單來說有兩方面，一個是容量，一個是安全距離，當然細分還可以包括特殊安裝方式。
容量不用多說，大家可以理解，很小的鋰離子電池產品，在20度電以內，用在一些不太敏感的地方，可以不用做。但超過限定容量就需要做，比如非住宅或者戶外用不能超過50度電，超過50度電需要做UL 9540A的驗證。
安全距離，這在NFPA 855里面有具體要求。在安裝的時候，儲能系統(tǒng)需要與周圍的門、窗、逃生通道，以及其他的系統(tǒng)，保持一定的安全距離。比如右邊這張表（如圖），這是一個住宅用的戶外安裝要求，它要與周圍的門、窗保持3英尺的距離，大概是1米左右。如果在安裝的時候，1米的安全距離保證不了，就要做，因為風險高了。當然還有一些室內壁掛、住宅內安裝，這時候風險更高，需要做UL 9540A的認證。這是它的基本思路。
第二個難點，跟剛才講的UL 9540A有點關聯(lián)性。在標準里面，它要求要防止可燃氣體聚集，因為可燃氣體聚集就有火災跟爆炸的風險。標準里面要達到的目標是在正常性工作或故障的時候，要避免可燃氣體聚集，不要讓它超過25%的LFL。對于鋰電池，它屬于第二種是情況，即故障狀態(tài)下會釋放可燃氣體。要防止可燃氣體聚集，可以通過排氣、開孔等方式。但是現在儲能系統(tǒng)設計時在這一塊往往有所忽略。
第三個難點叫功能安全。UL 9540里面要求對安全至關重要的控制系統(tǒng)要做功能安全評估。功能安全評估有很多標準，包括UL標準、CSA的標準，ISO的標準等等。這個事情盡管是系統(tǒng)的一個要求，在電池系統(tǒng)做UL 1973認證的時候已經有了這個要求。
第四個難點，儲能系統(tǒng)有一個特殊的能量危害，就是弧閃。關于這個問題，可以從幾個主流的標準，比如IEC標準、UL標準或者澳洲的標準，他們都對弧閃有強調，而且要求做評估和標識?？梢娀￠W的危害對于儲能系統(tǒng)的產品，它是比較突出的。這里說的弧閃主要是指電池系統(tǒng)的直流弧閃，這在澳洲的標準里面闡述得比較明確。一個大的儲能系統(tǒng)也有交流部分，但其危害或評估出來的故障能量一般也非常小?；￠W能量安全限值是要5焦耳每平方厘米，相當于人手距離一根蠟燭2.5厘米時的感覺。如果高于這個值，在操作的時候要做相應的防護。
關于評估，在NFPA 70E里面有兩種評估思路，一個是個人防護設備等級表，如果能查得到就可以。如果查不到，你就需要做另外一個故障能量計算。通常采用第二種方法。評估有很多的理論模型，通常采用最大功率法或Ammerman總結的方法。
第五個難點，如果是一個步入式的系統(tǒng)，就需要考慮很多要求。以前步入式儲能系統(tǒng)比較多，現在步入式的越來越少。對于步入式系統(tǒng)，要考慮人進去的各種風險，就有對尺寸的限制、工作距離的要求，通風、照明等等，這會衍生很多設計方面的問題，這比較難。另外，大家也是為了利用空間，所以步入式的越來越少。
最后一部分是簡單介紹一下其他國家他們的儲能系統(tǒng)標準的發(fā)展趨勢。
首先在德國，VDE 2510-2今年又更新了一版，2015年已經有一版，另外有一個VDE 2510-50，這兩個標準都是儲能標準。第一個是更多針對并網，第二個是更多講電池的功能安全驗證。
澳洲在2019年發(fā)布了AS 5139標準。這是儲能系統(tǒng)的安裝標準，這個標準要搭配澳洲電氣安裝布線規(guī)則AS 3000一起使用。它主要是適用于小系統(tǒng)，也可以做為大儲能系統(tǒng)參考。它列出了對過電流保護、隔離、布線等要求規(guī)范，著重強調了弧閃的評估。
在新加坡，目前他們已經在2020年發(fā)布了兩個標準或技術參考（TR）TR 77-1和TR 77-2。這兩個標準是基于IEC 62933-3-1和-5-1制定的，采用IEC標準體系。另外儲能系統(tǒng)去新加坡，當地消防局一般會對集裝箱產品要求耐火性，比如要滿足2小時耐火。這個NFPA 855中也有相關的說明，如果集裝箱有2小時耐火的能力，在安裝的時候則可以起到防火墻的作用。如果集裝箱耐火性能夠好，這也是一個優(yōu)勢。
最后總結三個要點。第一個是產品特點，就是電氣危害、能量危害和火災和爆炸危害，相較其他產品特殊。標準要點是，目前是以IEC 62933-5系列和UL 9540為主，IEC標準主要強調安全理念，UL標準要求更具體。最后一個是從認證的難點來說：一個是9540A的測試，一個是可燃氣體聚集的防控，功能安全評估，弧閃評估等等這些。
以上就是我今天給大家做的一個簡單分享，謝謝大家。
