UL9540A 电池储能系统热失控火灾蔓延测试技术手册

2025-12-29

UL9540A 电池储能系统热失控火灾蔓延测试技术手册

合肥格朗检测 · 对标ANSI/CAN/UL 9540A:2019标准 · 全层级合规解决方案

一、仪器操作规范

（一）通用仪器操作总则

所有仪器需在校准有效期内使用（校准周期≤12个月），每次测试前记录校准编号。
测试环境需满足：温度10-40℃、湿度<90%RH，无强电磁干扰、无明火源。
仪器操作需佩戴防高温手套、护目镜，气体分析模块需确保通风良好。
测试后需按规程清洁仪器，关闭气源/电源，填写设备使用记录表。

（二）电芯级测试仪器操作规范

仪器名称	操作步骤	注意事项
柔性薄膜加热器 + 温控仪	1. 裁剪加热器贴合电芯表面（避开安全阀/端子）； 2. 设定升温速率4-7℃/min，目标温度按电芯 separator 熔点+5~15℃； 3. 启动温控仪，实时监测温度反馈。	1. 加热器与电芯接触紧密，避免局部过热； 2. 升温速率偏差≤±0.5℃/min。
82L压力舱	1. 放入预处理后的电芯，密封舱体，置换内部空气（O₂含量<1%）； 2. 连接温度、压力传感器，启动数据采集； 3. 触发热失控后，保持舱体密封至气体稳定。	1. 测试前检查舱体密封性； 2. 气体采集需在泄压前完成，避免组分流失。
气相色谱仪（GC）	1. 校准仪器：用标准气体建立校准曲线； 2. 抽取压力舱内气体样品（取样量≥1mL）； 3. 设定柱温40℃（保持5min），检测器温度200℃，进样分析。	1. 样品管路需干燥无杂质； 2. 每个样品重复测试3次，取平均值。

（三）模块级测试仪器操作规范

仪器名称	操作步骤	注意事项
氧消耗热量计	1. 用正庚烷燃烧器校准热释放速率计算模型； 2. 连接排气 duct，设定采样频率1Hz； 3. 实时监测O₂、CO、CO₂浓度及流量。	1. 校准后记录校准系数，偏差≤±5%； 2. 排气 duct 需保温，避免冷凝影响数据。
烟雾释放速率测试系统	1. 调整白光源强度，记录初始透光率Io（≥95%）； 2. 实时采集透光率I，同步记录排气流量V； 3. 按公式计算SRR，存储间隔1s。	1. 光源与探测器需对齐，避免振动偏移； 2. 测试后清洁光学镜片，去除烟雾残留。

（四）单元级/安装级测试仪器操作规范

仪器名称	操作步骤	注意事项
水冷式Schmidt-Boelter热流计	1. 热流传感面垂直于热源，固定在仪表化墙体； 2. 连接水冷系统，水流速率0.5L/min； 3. 用标准热流源校准，误差≤±3%。	1. 传感面需清洁无污渍； 2. 测试中监测冷却水温度，避免过热失效。
可燃气体浓度探测器	1. 用25% LFL标准气体校准报警阈值； 2. 住宅场景需在测试室四角及中心安装； 3. 设定采样频率1Hz，实时传输数据。	1. 探测器需靠近气体易积聚区域； 2. 测试后通风至浓度<10% LFL再关闭。

二、数据处理模板

（一）通用数据处理原则

数据剔除：异常值（偏离平均值±3倍标准差）需标注原因后剔除，补充平行测试数据。
有效数字：温度、浓度保留1位小数；热流、速率保留2位小数；压力保留3位小数。
单位统一：按标准要求使用SI单位（温度℃、压力Pa、热流kW/m²等）。

（二）电芯级数据处理模板

序号	测试项目	数据填写栏（示例）	计算公式/说明
1	电芯基本信息	型号：XXX；化学体系：NMC；容量：30Ah；标称电压：3.7V	按样品规格填写
3	热失控触发温度（℃）	平均值：216.3；标准差：0.9	剔除异常值后算术平均
5	可燃气体组分（vol%）	H₂：12.5；CO：3.2；CH₄：0.8	GC/FTIR测试结果
8	结论	□ 可触发热失控 □ 排气有燃爆风险	按测试结果勾选

（三）核心计算公式附录

1. 化学热释放速率（HRR）：

HRR = [E×φ - (E_CO-E)×(1-φ)/2×X_CO/X_O₂] × ṁₑ/(1+φ×(α-1)) × M_O₂/M_a × (1-X_H₂O^o) × X_O₂^o

参数说明：E=13100kJ/kg，E_CO=17600kJ/kg，α=1.105，M_O₂=32kg/kmol，M_a=29kg/kmol

2. 烟雾释放速率（SRR）：

SRR = 2.303×(V/D)×log₁₀(I_o/I)

参数说明：V=排气流量（m³/s），D=duct直径（m），I_o=初始透光率，I=实时透光率

三、合规判定对照表

（一）电芯级合规判定表

序号	判定指标	合规要求	不合格处理方式
1	热失控诱导	至少1种方法可稳定触发（3个平行样品）	重新优化诱导方式
3	可燃气体风险	无燃爆风险可豁免后续测试	按层级继续测试

（二）单元级合规判定表（按安装类型）

安装类型	核心判定指标	合规要求
室内落地（非住宅）	1. 外部火焰；2. 壁面温升；3. 热通量	1. 无；2. ≤97℃；3. ≤1.3kW/m²
室内落地（住宅）	1. 外部火焰；2. 可燃气体浓度	1. 无（奶酪布无燃烧）；2. ≤25% LFL
户外壁挂（非住宅）	1. 外部火焰；2. 目标单元温度	1. 无；2. ≤电芯排气温度

（三）安装级合规判定表（双方案）

测试方案	核心判定指标	合规要求
方案1（喷淋有效性）	1. 火灾蔓延；2. 复燃；3. 电缆火焰传播	1. 无跨单元/墙体；2. 24小时无；3. ≤单元尺寸
方案2（定制防火）	1. 火灾蔓延；2. 灭火系统响应时间	1. 无跨单元/墙体；2. ≤60s

四、附录

（一）常用标准引用

ANSI/CAN/UL 9540A:2019《电池储能系统热失控火灾蔓延评估测试方法》
UL 1973《固定/车辆辅助电源用电池安全标准》
NFPA 68《爆燃泄放标准》、NFPA 69《爆炸预防系统标准》
ASTM E918《高温高压下化学品燃爆极限测定方法》

（二）单位换算表

物理量	换算关系
温度	1℃=273.15K；1℉=（℃×9/5）+32
压力	1MPa=10⁶Pa；1atm=101325Pa
热流	1kW/m²=0.317Btu/(ft²·h)

技术手册简介

本手册基于ANSI/CAN/UL 9540A:2019标准，系统梳理电池储能系统热失控火灾蔓延测试的仪器操作、数据处理、合规判定全流程。覆盖电芯、模块、单元、安装四大层级，明确核心仪器操作规范、数据计算方法及合规指标要求，为测试执行与客户合规展示提供标准化指导。合肥格朗检测凭借高精度设备与专业技术团队，确保测试数据精准可靠，助力产品满足国际认证与市场准入要求。

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