UL 9540A 储能系统热失控传播测试标准 中文版（全流程测试方法 + 判定标准）

UL9540A储能系统热失控传播测试标准中文版（全流程测试方法+判定标准）前言本标准（UL9540A，StandardforThermalRunawayPropagationinBatteryEnergyStorageSystems）由美国安全实验室（UL）制定，是全球储能系统热失控传播安全评估的核心准则，本中文版严格参照UL9540A最新官方版本，结合国内储能产业应用实际，补充贴合国内场景的技术细节，统一储能系统热失控传播测试的全流程方法、技术要求及合格判定标准，为检测机构、储能系统生产企业、工程验收单位、质量监督部门及相关从业人员，提供标准化、专业化的热失控传播测试指导。UL9540A标准的核心目标，是模拟储能系统在电芯热失控触发后，热失控如何在电芯、模组、机柜、储能舱及集群之间传播的全过程，量化热失控传播速度、传播范围及危害程度，评估储能系统的热失控抑制能力、结构防护性能及应急响应有效性，防范热失控连锁反应引发的大规模安全事故。与大规模火灾测试不同，本标准聚焦“热失控传播”这一核心环节，而非火灾发生后的整体防控，重点关注热失控的触发机制、传播路径及抑制效果，覆盖锂离子电池储能系统（BESS）的全层级测试，兼顾电气滥用、机械滥用、热滥用等多种触发场景。本标准严格遵循“科学模拟、层级递进、精准量化、实操可行”的原则，摒弃表格形式，采用纯文字详细描述，完整覆盖测试基础要求、全流程测试方法、各层级测试标准、合格判定规则及通用注意事项，适用于各类电化学储能系统（含锂离子电池储能舱、储能电站集群、分布式储能机柜、住宅用小型储能系统等）的热失控传播测试，涵盖出厂检验、型式试验、工程验收、定期安全评估等场景，不适用于机械储能、氢能储能等非电化学储能系统，也不适用于单独的储能电池单体性能测试（不含热失控传播环节）。本标准参照UL9540A官方要求，同时衔接国内GB44240-2024《储能电池安全要求》、GB38031-2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》等相关标准，确保测试方法、判定标准既符合国际规范，又贴合国内储能系统的设计、生产及应用实际，为国内储能产品的合规性检测、安全性能提升及出口认证提供重要依据，推动储能产业安全、有序、高质量发展。第一部分测试基础通用要求1.1测试样品要求待测试储能系统样品需为出厂检验合格、具备完整运行功能的成套系统（或层级组件），无外观破损、部件缺失、电解液泄漏、线路松动、外壳变形等初始缺陷，系统规格参数需明确标注，包括系统标称容量、额定电压、电池类型（三元锂电池、磷酸铁锂电池等）、电芯规格、模组数量及布局、机柜尺寸、储能舱结构、热失控抑制装置（如隔热层、灭火系统）配置、电池管理系统（BMS）参数等核心信息，确保样品能真实反映实际应用中的储能系统状态，具备充分的代表性。样品数量需满足测试的有效性和重复性要求，按测试层级划分：电芯级测试每组不少于3个电芯，确保测试数据的重复性；模组级测试每组不少于1个完整模组（含不少于10个电芯）；机柜级测试每组不少于1个完整机柜（含不少于2个模组）；储能舱及集群级测试每组不少于1个储能舱（或3个相邻机柜组成的集群）。测试前需对样品进行标准化预处理，将电芯、模组及系统充电至100%SOC（StateofCharge，荷电状态），在25℃±5℃的环境中静置24小时，确保电池内部状态稳定，同时启动BMS及热失控抑制装置自检，确认所有组件均能正常工作，记录样品初始状态参数（包括各电芯电压、模组温度、BMS报警阈值、抑制装置初始压力等），作为测试后性能对比的基准。测试过程中，若样品出现初始故障（如BMS失效、抑制装置无法启动、电芯漏液等），需立即停止测试，排查故障并修复，或更换合格样品后重新进行预处理，确保测试过程的连续性和测试数据的准确性、可追溯性。测试结束后，需保留样品残体及测试后的组件，用于后续热失控传播路径分析、故障排查及性能改进，保留时间不少于6个月。对于住宅用小型储能系统（能量不大于20kWh），可根据实际应用场景调整样品数量及预处理要求，无需执行全层级测试，重点开展安装级测试。1.2测试设备要求测试设备需经过法定计量机构定期校准（每年至少1次），校准证书需在有效期内，确保测试数据精准、可追溯，所有设备需符合UL9540A官方精度要求及国内相关计量标准。核心测试设备包括热失控触发装置、温度监测设备、烟气及气体分析设备、热失控传播监测设备、应急抑制设备，以及配套的安全防护设备，具体要求如下：热失控触发装置需具备多种触发方式，贴合实际失效场景，包括外部加热装置、过充触发设备、针刺触发设备：外部加热装置采用高精度加热片，加热功率可调节（范围50W~500W），温度控制精度≤±1℃，可实现梯度升温（1-10℃/min），用于模拟热滥用场景，能精准控制加热位置（电芯表面或模组核心区域），直至触发电芯热失控；过充触发设备可输出1.5-3倍额定电流，电压调节范围0~1000V，电流精度≤±0.5A，用于模拟BMS失效导致的电气滥用场景，实时监测电芯电压、温度变化，捕捉热失控触发节点；针刺触发设备采用钨钢针（针径3mm，针尖角度45°），穿刺速度可调节（0.1-1mm/s），可精准穿刺电芯极耳区域或模组核心位置，模拟机械滥用导致的内部短路，触发热失控。温度监测设备采用多点分布式热电偶，测量范围-50℃~1200℃，精度≤±1℃，需均匀布置在测试样品的关键位置：电芯级测试需在每个电芯表面布置不少于2个热电偶，重点监测电芯正负极及中心区域；模组级测试需在模组表面、电芯间隙、模组外壳布置热电偶，每平方米不少于3个；机柜及储能舱级测试需在机柜内部、模组间隙、储能舱内壁及外部环境布置热电偶，覆盖热失控可能传播的所有路径，确保能实时捕捉温度骤升节点及传播过程。烟气及气体分析设备需具备多组分检测功能，可实时监测热失控过程中产生的有害气体浓度及烟气特性，重点检测CO、CO₂、HF、HCN、氢气、总碳氢气体等，检测范围：CO0~5000ppm、CO₂0~20%、HF0~100ppm、HCN0~50ppm、氢气0~10%，检测精度≤±5%；同时具备烟密度测量功能，可记录有焰模式和无焰模式下的烟密度变化，符合ASTME662相关要求，烟密度测量精度≤±2%；配备气相色谱仪，用于分析热失控气体的成分、爆炸极限及爆炸压力，出具气体风险分析报告。热失控传播监测设备采用高速摄像机（拍摄帧率≥240帧/秒）及位移传感器，实时记录热失控传播的全过程，包括电芯鼓包、破裂、电解液喷溅、火焰蔓延等现象，精准测量热失控传播速度；位移传感器测量精度≤±0.1mm，用于监测测试过程中模组、机柜及储能舱的结构变形情况。应急抑制设备包括干粉灭火器、惰性气体灭火系统（氮气、二氧化碳）、水基喷淋系统，需与测试样品的抑制装置兼容，可手动或自动启动，用于测试过程中突发大规模热失控的应急处置，防止事故扩大。配套安全防护设备包括防爆试验箱、防火围栏、耐高温防火服、防毒面具、耐高温手套、应急喷淋装置等，防爆试验箱需具备良好的密闭性，防止有毒烟气泄漏，同时具备压力泄压功能，避免内部压力过高导致箱体破裂；所有安全防护设备需符合UL9540A及国内安全标准，确保测试人员及设备安全。1.3测试环境要求测试场地需设置在专用的热失控测试区域，远离居民区、易燃易爆场所及重要设施，场地面积不小于测试样品占地面积的4倍，具备良好的通风、防爆、防火、防静电、防腐蚀功能，配备完善的烟气收集及净化系统，防止有毒烟气泄漏污染环境，符合环保及安全要求。测试区域需划分安全隔离带，设置明显的警示标识，隔离带距离测试样品边缘不小于10米，隔离带内禁止无关人员进入，仅允许具备专业资质的测试人员进入操作。测试场地需具备可靠的接地系统，接地电阻≤4Ω，配备应急通道和应急避难场所，确保紧急情况下测试人员能快速撤离；配备应急电源，防止测试过程中突发停电导致设备故障及测试数据丢失。常规测试环境需满足：环境温度25℃±5℃，相对湿度50%±5%，大气压力86kPa~106kPa，无明显气流干扰（风速≤1.5m/s），避免环境因素影响热失控触发时间及传播速度；测试过程中需实时监测环境参数，若出现大风、暴雨、雷电等恶劣天气，需立即停止测试，待环境恢复正常后重新启动测试。测试区域需配备有害气体检测仪器，实时监测环境中有害气体浓度，若浓度超过安全限值（CO≤30ppm、HCN≤10ppm、HF≤5ppm），需立即启动通风及净化系统，疏散测试人员，待浓度降至安全范围后再继续测试。测试结束后，需对测试区域进行彻底清理，处理测试残体、电解液及有害残留物，经检测环境中有害气体浓度符合环保标准后，方可结束测试工作。测试人员需穿戴专业的个人防护装备，具备相应的专业资质和应急处置能力，熟悉本标准及相关操作流程，严格按照测试要求执行操作。第二部分全流程测试方法（按层级递进）2.1电芯级热失控触发及基础特性测试（层级1：基础单元测试）本测试为热失控传播测试的基础，旨在确定电芯热失控的触发条件、临界温度及热失控特性，为后续模组级、机柜级测试提供基础参数，模拟电芯在热滥用、电气滥用、机械滥用场景下的热失控触发过程，符合UL9540A核心要求。测试流程：选取预处理合格的电芯样品，分为3组，分别采用外部加热、过充、针刺三种方式触发热失控，每组测试1个电芯，剩余电芯作为备用。采用外部加热方式时，将加热片紧贴电芯表面中心位置，设置梯度升温速率（1-10℃/min），实时监测电芯温度及电压变化，直至电芯出现热失控特征（温度骤升≥10℃/min、电压骤降、电芯鼓包或破裂），记录热失控触发时间、临界温度（通常为180-250℃）及温度峰值；采用过充方式时，将电芯接入过充设备，设置过充电流为1.5倍额定电流，持续充电，实时监测电芯电压、温度变化，记录热失控触发时的电压、温度及时间；采用针刺方式时，将电芯固定牢固，采用钨钢针以0.5mm/s的速度穿刺电芯极耳区域，实时监测电芯温度、电压变化，观察电芯鼓包、漏液、起火等现象，记录热失控触发时间及特征。所有触发方式测试中，均需同步启动烟气及气体分析设备，收集热失控过程中产生的气体，分析气体成分、浓度及爆炸极限，记录烟气排放速率及烟密度变化；采用高速摄像机记录电芯热失控的全过程，包括鼓包、破裂、电解液喷溅、火焰产生及熄灭的时间节点。测试持续至电芯热失控完全终止（温度降至100℃以下且持续30分钟无回升），详细记录所有测试数据及现象。技术要求：三种触发方式需分别测试，确保覆盖主要失效场景；加热、过充、针刺过程需精准控制参数，避免人为干扰测试结果；温度、电压监测需实时连续，无数据丢失；气体分析样品需具有代表性，采集位置位于电芯正上方10cm处；测试需在防爆试验箱内进行，防止电解液喷溅及火焰扩散；测试结束后，需对电芯残体进行密封处理，避免有害残留物泄漏。2.2模组级热失控传播测试（层级2：组件传播测试）本测试旨在验证热失控在储能模组内部的传播过程，评估电芯热失控后向相邻电芯的传播能力，模拟模组内单个电芯热失控引发的连锁反应，确定模组的热失控传播速度及抑制效果，是热失控传播测试的核心环节之一，符合UL9540A模组级测试要求。测试流程：选取预处理合格的完整模组样品，固定在测试平台上，按照实际应用场景布置温度传感器、气体传感器及高速摄像机，在模组中心位置选取1个电芯作为触发电芯，采用外部加热方式（升温速率5℃/min）触发其热失控，确保触发电芯能稳定进入热失控状态。热失控触发后，实时监测触发电芯及相邻电芯的温度变化、电压变化，记录相邻电芯热失控的触发时间（即热失控传播时间），采用高速摄像机记录热失控在模组内的传播路径（如从中心电芯向四周扩散、沿电芯排列方向传播等），观察模组外壳变形、电解液喷溅、火焰蔓延等现象。同步启动烟气及气体分析设备，实时监测热失控过程中产生的有害气体浓度、烟密度及气体成分变化，记录气体排放总量及传播速度；若模组配备热失控抑制装置（如隔热层、内置灭火组件），需记录抑制装置的启动时间、工作状态及抑制效果，观察抑制装置是否能阻断热失控传播。测试持续至模组内热失控完全终止（所有电芯温度降至100℃以下且持续1小时无回升），或热失控蔓延至模组所有电芯且无进一步扩散，详细记录测试过程中的所有参数、现象及数据。技术要求：触发电芯的选取需具有代表性，优先选取模组中心位置或易发生热失控的薄弱电芯；温度传感器需布置在每个电芯表面及模组外壳，确保能精准捕捉热失控传播节点；热失控触发过程需平稳，避免触发过快导致测试数据失真；若模组配备抑制装置，需确保其处于正常工作状态，不得人为干预其启动；测试过程中，需实时监测模组结构变形，若出现模组外壳破裂、电解液大量喷溅等情况，需重点记录，作为后续判定依据。2.3机柜级热失控传播测试（层级3：系统组件传播测试）本测试旨在验证热失控在储能机柜内部的传播过程，评估模组热失控后向相邻模组、机柜内部其他组件（如BMS、线束、冷却系统）的传播能力，模拟机柜内单个模组热失控引发的连锁反应，评估机柜的热失控抑制设计及结构防护性能，符合UL9540A机柜级测试要求。测试流程：选取预处理合格的完整储能机柜样品，按实际安装场景固定在测试场地，机柜内按设计要求安装模组、BMS、冷却系统及热失控抑制装置，确保所有组件正常工作。在机柜内选取1个位于中间位置的模组作为触发模组，采用外部加热方式触发其内部电芯热失控（参照模组级热失控触发方法），热失控触发后，实时监测触发模组及相邻模组的温度、电压变化，记录相邻模组热失控的触发时间、传播速度，监测机柜内部BMS、线束、冷却系统的工作状态，观察是否因热失控导致这些组件失效、起火。采用高速摄像机记录热失控在机柜内的传播路径，包括模组间的传播、向机柜内壁的扩散、火焰及烟气的蔓延情况；同步启动烟气及气体分析设备，监测机柜内及机柜外的有害气体浓度、烟密度变化，记录气体泄漏情况；若机柜配备灭火系统、隔热分隔等抑制装置，需记录其启动时间、工作效果，观察是否能阻断热失控传播或降低传播速度。测试持续至机柜内热失控完全终止（所有模组温度降至100℃以下且持续2小时无回升），或热失控蔓延至机柜所有模组且无进一步扩散，详细记录测试过程中的所有参数、现象及数据，包括机柜结构变形、组件失效情况等。技术要求：触发模组的选取需贴合实际应用中易发生热失控的位置，确保测试的针对性；温度、气体传感器需均匀布置在机柜内部各区域（模组表面、模组间隙、机柜内壁、出风口），确保监测数据全面；测试过程中，需实时监测机柜的结构稳定性，若出现机柜变形、坍塌等情况，需立即停止测试，启动应急处置措施；冷却系统、抑制装置需按实际设计运行，不得人为关闭或调整，确保测试场景的真实性。2.4储能舱/集群级热失控传播测试（层级4：系统级传播测试）本测试旨在验证热失控在储能舱内部及储能集群之间的传播过程，评估机柜热失控后向相邻机柜、储能舱内部其他区域及相邻储能舱的传播能力，模拟实际应用场景下储能系统大规模热失控的传播过程，评估储能舱的防火分隔、通风系统、灭火系统的有效性，符合UL9540A系统级测试及大规模火烧试验要求。测试流程：选取预处理合格的储能舱（或3个相邻机柜组成的集群），按实际应用场景布置在测试场地，储能舱内按设计要求安装机柜、通风系统、灭火系统、热失控监测系统，确保所有系统正常工作。选取储能舱内中间位置的1个机柜作为触发机柜，采用外部加热方式触发其内部模组热失控（参照机柜级热失控触发方法），热失控触发后，实时监测触发机柜及相邻机柜的温度、电压变化，记录相邻机柜热失控的触发时间、传播速度，监测储能舱内通风系统、灭火系统、监测系统的工作状态，观察灭火系统是否能及时启动、通风系统是否能有效排出烟气。采用高速摄像机记录热失控在储能舱内的传播路径，包括机柜间的传播、向储能舱内壁及顶部的扩散、火焰及烟气的蔓延情况，若为集群测试，需重点监测热失控是否向相邻储能舱传播；同步启动烟气及气体分析设备，监测储能舱内、出风口及测试区域周围的有害气体浓度、烟密度变化，记录烟气排放及泄漏情况；记录灭火系统的启动时间、灭火介质喷射量、覆盖范围及灭火效果，观察是否能阻断热失控传播或扑灭火焰。测试持续至热失控完全终止（所有机柜温度降至100℃以下且持续3小时无回升、外壳内外火焰均已熄灭），或达到规定测试时间（120分钟），若配备水基灭火系统，需在断水12小时后再次监测重燃情况；若为堆叠安装的储能舱，需在火焰熄灭后额外观察24小时，确认无坍塌风险。测试过程中，详细记录所有参数、现象及数据，包括储能舱结构变形、灭火系统工作情况、热失控传播范围等。技术要求：触发机柜的选取需贴合实际应用中储能舱的布局，优先选取中间位置机柜，确保传播测试的真实性；温度、气体传感器需布置在储能舱内部各区域（机柜表面、机柜间隙、储能舱内壁、出风口、相邻储能舱接口处），监测精度符合要求；通风系统、灭火系统需按实际设计逻辑运行，自动启动功能需正常，不得人为干预；测试过程中，需实时监测储能舱的压力变化，若压力过高，需启动泄压装置，防止储能舱破裂；若热失控蔓延过快，需启动应急抑制设备，防止事故扩大。2.5特殊场景补充测试（可选）针对不同应用场景的储能系统，需补充相应的热失控传播测试，确保测试结果贴合实际应用需求，符合UL9540A特殊场景测试要求：住宅用小型储能系统（能量不大于20kWh、与门窗安装距离小于0.9米、非金属外壳或居住单元内使用的大于1kWh的系统），无需执行全层级测试，重点开展安装级大规模火烧试验，评估火灾对相邻建筑物的影响及防火保护计划的有效性；高寒地区储能系统，需在-20℃±5℃的低温环境下，重复模组级、机柜级测试，评估低温对热失控触发时间、传播速度及抑制装置效果的影响；户外储能系统，需增加风雨环境模拟，测试风雨对热失控传播、烟气扩散及灭火效果的影响；带有主动热失控蔓延预防系统的储能系统，需重点测试预防系统的响应时间及抑制效果，验证其对热失控传播的阻断能力。第三部分合格判定标准3.1通用判定原则本标准所有测试项目的合格判定，均以UL9540A官方要求为核心，结合国内GB44240-2024、GB38031-2025相关标准，遵循“分层判定、综合评估”的原则，即每个测试层级需单独判定，所有层级均合格，方可判定整个储能系统热失控传播测试合格；若任何一个层级测试不合格，需整改后重新测试，直至所有层级均满足要求；对于批量测试，若不合格率超过5%，需扩大样品测试数量，排查产品设计或生产质量问题。合格判定需结合测试数据、现象记录及实际应用场景，重点关注热失控传播速度、传播范围、抑制装置效果、有害气体排放及结构稳定性，同时兼顾安全性、可靠性及环保性，确保储能系统在实际应用中，能有效抑制热失控传播，降低安全风险。3.2各层级合格判定标准3.2.1电芯级测试合格判定：三种触发方式（外部加热、过充、针刺）均能稳定触发电芯热失控，热失控触发特征明显（温度骤升、电压骤降、电芯鼓包或破裂），无测试设备故障导致的测试中断；热失控过程中，气体分析数据完整，无明显数据丢失，有害气体排放符合环保要求；测试后，电芯残体无大面积飞溅，未引发测试区域二次隐患，判定为电芯级测试合格；若出现触发失败、数据丢失、有害气体泄漏超标等情况，判定为不合格。3.2.2模组级测试合格判定：触发电芯热失控后，热失控向相邻电芯的传播速度≤0.3m/min，且在60分钟内未蔓延至模组内所有电芯；若模组配备热失控抑制装置，抑制装置能在热失控触发后30秒内启动，且能有效阻断热失控传播（传播速度降低50%以上或停止传播）；测试过程中，模组外壳无大面积破裂、电解液无大量喷溅，无火焰蔓延至模组外部；有害气体浓度、烟密度符合安全限值，判定为模组级测试合格；若传播速度超过0.3m/min、抑制装置失效、火焰蔓延至模组外部或有害气体超标，判定为不合格。3.2.3机柜级测试合格判定：触发模组热失控后，热失控向相邻模组的传播速度≤0.5m/min，且在90分钟内未蔓延至机柜内所有模组；机柜内BMS、冷却系统等组件未因热失控提前失效，或失效后未引发二次热失控；若机柜配备灭火系统、隔热分隔等抑制装置，能有效阻断热失控传播或控制传播范围；机柜结构无明显变形、坍塌，无火焰蔓延至机柜外部；有害气体无大量泄漏，排放浓度符合安全限值，判定为机柜级测试合格；若传播速度超过0.5m/min、组件失效引发二次热失控、火焰蔓延至机柜外部或结构坍塌，判定为不合格。3.2.4储能舱/集群级测试合格判定：触发机柜热失控后，热失控向相邻机柜的传播速度≤0.8m/min，且在120分钟内未蔓延至储能舱内所有机柜，集群测试中热失控未蔓延至相邻储能舱；储能舱通风系统、灭火系统能及时启动，灭火系统能在60分钟内控制热失控蔓延并扑灭火焰，无复燃现象；储能舱结构无坍塌、破裂，有害气体经净化后排放符合环保标准，无大量泄漏；测试结束后，温度降至100℃以下且持续3小时无回升，若为堆叠安装，无坍塌风险，判定为储能舱/集群级测试合格；若传播速度超过0.8m/min、热失控蔓延至所有机柜或相邻储能舱、灭火系统失效、结构坍塌或有害气体泄漏超标，判定为不合格。3.3特殊场景合格判定补充住宅用小型储能系统安装级测试合格判定：大规模火烧试验中，火焰未蔓延至相邻建筑物，防火保护计划（如喷淋装置）能有效控制火势蔓延，无大规模起火、爆炸现象，测试结束后无复燃，判定为合格；高寒地区储能系统补充测试合格判定：低温环境下，热失控触发时间、传播速度与常温环境差异≤30%，抑制装置仍能正常工作，无失效现象，判定为合格；户外储能系统补充测试合格判定：风雨环境下，热失控传播速度无明显加快（差异≤20%），灭火系统、通风系统仍能正常工作，烟气排放符合要求，判定为合格；带有主动热失控蔓延预防系统的储能系统，预防系统响应时间≤20秒，能有效阻断热失控传播，判定为合格。第四部分通用要求与注意事项1.测试操作规范：测试人员需具备相应的专业资质和应急处置能力，熟悉UL9540A标准及本中文版要求，严格按照各测试层级的流程操作。测试前，需全面检查测试设备、样品及安全防护设施，确认无异常后再启动测试；测试过程中，实时监测测试参数、样品状态及设备运行情况，做好详细的数据记录（包括测试时间、测试工况、参数数据、样品状态、异常现象等），确保测试过程可追溯。测试过程中若出现热失控蔓延失控、有毒烟气泄漏、设备故障等紧急情况，需立即停止测试，切断相关电源，启动应急预案，组织人员撤离，妥善处理故障，防止事故扩大。2.测试数据管理：测试过程中所有数据（温度、电压、气体浓度、传播速度、时间节点等）需实时记录、妥善保存，不得篡改、伪造，测试数据需具备可重复性，同一测试项目重复