美國電動平衡車用鋰電池UL新標準解析

王彩娟 ，宋楊，秦劍峰，金挺

(吳江出入境檢驗檢疫局電池產(chǎn)品檢測實驗室，江蘇 吳江 215200)

1 前言

2016年我國電動平衡車產(chǎn)品受到了包括美國、歐盟、加拿大等國家和地區(qū)政府重點關注，其中美國、沙特、澳大利亞等國專門針對平衡車產(chǎn)品制定了相關技術標準，部分國家設置了技術性貿易措施。為了避免我國出口企業(yè)遭受不必要的損失，需要提醒電動平衡車出口企業(yè)及時關注美國消費品安全委員會(以下簡稱“CPSC”)對電動平衡車用鋰電池的安全要求，把好產(chǎn)品技術關，保證出口電池質量安全。根據(jù)CPSC公開信的要求，出口美國的電動平衡車及電池需滿足UL2272涵蓋的要求(參照UL2054[1]、UL1642[2]、UL2580[7])和UN38.3[3]的要求。本文結合企業(yè)比較熟知的UL2054、UL1642、UL2580、UN38.3和IEC62133[4]等常規(guī)自愿性檢測認證標準，對UL2272的測試要求[8]進行解析，為企業(yè)識別出需要重點關注的測試項目，減少技術研發(fā)和重復測試的成本。

2 UL2272標準概述

UL2272標準包括電性能、機械性能和環(huán)境性能三個部分的測試要求，每個部分又包含若干測試項目，如下表1。

表1 UL2272標準的測試項目和樣品數(shù)量Table 1 Test project and sample quantity of UL2272

UL2272標準(見表1)除了包含常規(guī)鋰電池電性能和機械性能測試外，結合電動平衡車的使用特點，增加了馬達過載測試、馬達輪子自鎖、線扣應變測試、浸水測試等新測試項目，因此需要重點加強鋰電池在這些新項目中的安全性能評估。

3 安全要求解析

3.1 電性能測試

UL2272標準的電性能測試包括過充、短路、過放、溫度測試、不均衡充電、耐壓測試和絕緣電阻測試，在常用電池標準UL2580/UL1642/ UL2054/IEC62133/GB31241[5]中已有相關的測試項目。如果電池產(chǎn)品本身已經(jīng)通過上述標準的測試或認證，那么在這些電性能測試項目上失效的風險就很小。各標準具體測試項目的對應關系如下表2。

表2 各標準中相對應的測試項目Table 2 Test project of each standard

UL2272中電性能測試項目與UL2580基本相同，與其他IEC/GB標準不同，UL標準中的過充電、短路和過放測試項目需要分別在保護功能無故障和保護功能單一故障模式下進行測試，除了要求保護功能的整體安全，還加強了對保護功能部分安全的考量。這就要求平衡車電池的保護裝置具備一定的智能管理系統(tǒng)，在產(chǎn)品設計階段就需要測評平衡車電池的外部保護電路的性能。

另外，電壓大于60V的平衡車電池才需要進行耐壓和絕緣電阻測試。

3.2 機械性能測試

UL2272標準的機械性能測試包括振動、沖擊、擠壓、跌落、外殼烤箱測試、馬達過載測試、馬達輪子自鎖和線扣應變測試，如下表3，其中的振動、沖擊、擠壓、跌落、外殼烤箱測試都是電池的常規(guī)測試項目，各標準間僅在參數(shù)設置上有細微差異。

表3 UL2272標準機械性能測試要求Table 3 Test requirements of mechanical performance in UL2272

UL2272標準的振動測試要求與UN38.3振動測試(T3)和IEC62133振動測試(8.3.8)要求相同。UN38.3沖擊(T4)、IEC62133沖擊(7.3.4)、UL2054Z沖擊(16)和UL1642沖擊(15)試驗條件為150g、6ms、六個面，與UL2272的沖擊測試要求相比，其他電池測試標準沖擊試驗的測試條件更為嚴苛。若電池產(chǎn)品已經(jīng)通過了UN38.3測試或IEC62133測試，那么只要電動平衡車本身具備足夠的機械強度，電池產(chǎn)品合理牢固安裝在電動平衡車內，一般通過這2項測試問題不大。但是在設計如何將電池產(chǎn)品安裝于電動平衡車時，一定要保證焊接點或連接點的強度，防止焊接點或連接點在高頻振動或高速沖擊過程中脫落，造成電池產(chǎn)品的短路，引發(fā)起火爆炸。

UL2054(14)、UL1642(13)、IEC62133(8.3.5)和UN38.3(T6)中擠壓測試的壓力為13KN，但是UL2272擠壓測試的是整個平衡車，其擠壓力或達100KN。如果平衡車本身的剛性強度無法使電池所受的擠壓力有所減少，那么電池要承受的擠壓力就可能超過一般電池標準中規(guī)定的擠壓力，使得電池發(fā)生內部短路，引起電池起火爆炸。

IEC62133(8.3.3)和UL2054(21)中的跌落試驗高度也為1m，由于電動平衡車本身具備一定的機械強度，在按照UL2272標準進行跌落過程中電池所受的損傷應該比IEC62133和UL2054中的跌落試驗要小，電池的測試風險很小。

UL2054(20)和IEC62133(8.2.2)都有高溫擱置項目(70℃溫度下放置7h)，只要平衡車外殼的性能可靠，電池便可通過外殼烤箱測試項目。但需要考慮熱箱測試時，電池與平衡車的連接線是否會發(fā)生變形，導致電池的外部短路。

馬達過載測試測試和馬達輪子自鎖測試如果只測試電機，則不涉及電池，但如果測試整車，由于馬達過載或馬達輪子自鎖可能造成電池過放電或短路，需要電池的保護功能在測試時正常動作，防止過放電或短路。

3.3 環(huán)境性能測試

UL2272標準的機械性能測試包括浸水測試、熱循環(huán)測試、標簽耐久性和標識，見表4。

表4 UL2272標準環(huán)境性能測試要求Table 4 Test requirements of environmental performance in UL2272

UL2054、UL1642、IEC62133標準中還沒有防水測試和部分浸水項目，但是GB/T31485[6](6.2.9)和UL2580(41)中有海水浸泡測試項目，可以參照測試用于預評估電池的性能。

UN38.3(T2)的溫度循環(huán)項目的測試條件比UL2272嚴苛，與IEC62133(7.2.4)的測試條件相近。因此通過UN38.3測試的電池應該能通過熱循環(huán)測試。

UL2054、UL1642、IEC62133沒有此項測試，GB31241(5.3.2耐久性)中要求用酒精擦拭標簽，UL2272要求用汽油。由于標簽耐久性測試難度低，廠家可自行進行驗證測試。

IEC62133中要求按照IEC61960的要求對生廠商、經(jīng)銷商、商標、電壓、Ah容量和標明生產(chǎn)日期等進行標識，但對“充電器要求和高于60V的直流電壓”，應標明“warning Hazardous Voltage Circuits”沒有做出要求，因此廠家應對常用標簽和標識進行對照檢查，及時更換不符合要求的標識標簽。

4 結論

UL2272標準的電性能、機械性能和環(huán)境性能測試的大部分項目與常用電池標準的測試項目相近。如果裝載于電動平衡車中的電池本身已經(jīng)通過了UN38.3、IEC62133:2012、UL2054:2011、UL1642:2012、UL2580:2013等相關測試或認證，那么能滿足UL2272要求的大部分測試要求。但是在出口電動平衡車電池時，除了需要關注電池本身的安全性能外，還要充分考慮到電動平衡車濫用(如馬達過載測試、馬達輪子自鎖、線扣應變測試、四級防水測試和部分浸水測試)時可能對電池造成的不利影響，做好電池保護系統(tǒng)與電動平衡車整體安全系統(tǒng)的銜接，保證在電動平衡車出現(xiàn)濫用的情況下電池保護系統(tǒng)能及時動作切斷電路，避免電池短路而引發(fā)過熱、起火甚至爆炸。

[1] Underwriters Laboratories Inc. (UL) and ULC Standards, 《UL2054家用和商用電池》UL2054, 2011.

[2] Underwriters Laboratories Inc. (UL) and ULC Standards, 《UL1642鋰電池安全》UL1642, 2012.

[3] 聯(lián)合國,《關于危險貨物的建議書標準和試驗手冊》第6版第38.3章，ST/SG/AC.10/11/Rev.6,UN38.3,2016.

[4] International electrotechnical commission,《含堿性或非酸性電解液的二次單體電池或電池：便攜式密封二次單體電池及應用于便攜式設備中由它們制造的電池》[S]．IEC62133,2012.

[5] 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢總局,中國國家標準化管理委員會,《GB31241便攜式電子產(chǎn)品用程離子電池和電池組安全要求》[S]．GB31241, 2014.

[6] 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢總局,中國國家標準化管理委員會,《GB/T31485電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》[S]．GB/T31485, 2015.

[7] Underwriters Laboratories Inc. (UL) and ULC Standards, 《UL2580電動車用電池安全標準》UL2580, 2013.

[8] Underwriters Laboratories Inc. (UL) and ULC Standards, 《UL2272平衡車電路系統(tǒng)》UL2272, 2016.