一、标准全称与身份
UL 1973 的完整身份标识体现了其权威性和适用范围：
| 属性 | 说明 |
|---|---|
| 全称 | Batteries for Use in Stationary and Motive Auxiliary Power Applications |
| 中文译名 | 用于固定式和动力辅助电源的电池安全标准 |
| 标准编号 | ANSI/CAN/UL 1973 |
| 现行版本 | 第三版 (Third Edition) |
| 发布日期 | 2022年2月25日 |
| ANSI 批准 | 美国国家标准协会批准 |
| SCC 认可 | 加拿大标准委员会认可 |
| 适用范围 | 固定式储能 / 轻轨辅助动力 (LER) / 车辆辅助电源 (VAP) |
ANSI/CAN 双重前缀意味着该标准在美国和加拿大具有同等法律效力，是北美储能市场的统一准入标准。
二、适用范围深度拆解（Section 1）
2.1 固定式储能应用
这是 UL 1973 最核心的应用领域。标准覆盖以下所有类型的固定式储能系统：
2.1.1 可再生能源配储
| 场景 | 典型配置 | 关键技术要求 |
|---|---|---|
| 户用光伏配储 | 5-20kWh 壁挂式/堆叠式 | 壁挂强度 (Section 34)、紧凑结构的热管理 |
| 工商业光储 | 50-500kWh 柜式 | 冷却系统失效 (Section 24)、外部火烧 (Section 41) |
| 光伏电站配储 | MWh 级集装箱 | 大规模热管理、BMS 冗余设计 |
2.1.2 UPS 不间断电源
| 场景 | 电池容量 | 特殊要求 |
|---|---|---|
| 数据中心 | 数百 kWh 至 MWh | 长时浮充、高可靠性 |
| 医院 | 数十至数百 kWh | 紧急切换、超高可靠性 |
| 通信基站 | 48V 锂电池组 | 宽温工作 (-40°C 至 60°C+) |
| 工业控制 | 模块化配置 | 快速切换、高循环寿命 |
2.1.3 电网侧储能
| 应用 | 功能 | 电池系统规模 |
|---|---|---|
| 调频 | 毫秒级响应，高频次充放电 | 数十至数百 MWh |
| 峰谷套利 | 低谷充电、高峰放电 | MWh 至 GWh 级 |
| 旋转备用 | 事故备用容量 | 百 MWh 级 |
| 黑启动 | 电网全黑后的重启电源 | 需特殊黑启动能力 |
2.2 轻轨辅助动力 (LER)
LER (Light Electric Rail) 覆盖城市轨道交通系统中的辅助电源。这类电池系统不直接驱动列车运行，而是为以下列车子系统供电：
- 车厢照明系统
- 空调与通风系统
- 车门控制系统
- 车载通信与信号系统
- 紧急照明与疏散系统
LER 应用的特殊之处在于 机械测试要求更严苛。因为列车运行中存在持续的振动和可能的碰撞冲击，标准要求额外的：
- Section 28: 振动测试 — 模拟列车运行中的持续振动环境
- Section 29: 冲击测试 — 模拟列车连接或紧急制动时的冲击力
2.3 车辆辅助电源 (VAP)
VAP (Vehicle Auxiliary Power) 面向公路车辆的辅助电源系统。典型的 VAP 应用包括：
| 车辆类型 | 辅助电源用途 | 电压等级 |
|---|---|---|
| 重型商用车 | 货厢制冷、液压升降尾板 | 24V / 48V |
| 旅居房车 | 生活用电（照明、冰箱、空调） | 12V / 24V / 48V |
| 特种车辆 | 设备供电、车载工作站 | 12V-48V |
| 救护车 | 车载医疗设备、通风系统 | 12V / 24V |
与 LER 相同，VAP 电池系统也需要通过 振动 (Section 28) 和 冲击 (Section 29) 测试。
2.4 标准的"非适用范围" — 明确排除项
以下内容 不在 UL 1973 范围内，工程师在设计时需要注意区分：
| 排除项 | 适用标准 | 说明 |
|---|---|---|
| 电动汽车驱动电池 | UL 2580 | EV 主驱动电池有独立标准 |
| 轻型电动车电池 | UL 2271 | 电动自行车、电摩等 |
| 便携式电子产品电池 | UL 1642 / UL 2054 | 手机、笔记本等小型电池 |
| 电池性能/寿命测试 | 无特定标准 | UL 1973 仅管安全，不管性能 |
| 运输安全（锂电 UN 38.3） | UN 38.3 (UN DOT) | 运输环节另有要求 |
重要提示： UL 1973 不涉及电池的性能测试（容量、循环寿命、效率等），仅关注安全。如果需要评估电池性能和寿命，需要参照 IEC 62620 或制造商的内部测试规范。
三、电池系统层级结构（核心概念）
3.1 从电芯到系统的四层架构
理解 UL 1973 的关键在于理解电池系统的层级结构。标准对每一层都有明确的定义和区分：
3.2 各层级定义详解
Cell（电芯/单体）
电芯是最小的电化学储能单元，由正极、负极、电解液和隔膜组成。在 UL 1973 中，电芯的规格信息通过 Cell Reporting Form (CRF) 提交，包含：
- 正负极材料体系（如 LFP、NCM、LTO 等）
- 标称电压与容量
- 尺寸与重量
- 正常工作电压/温度范围
- 最大充放电倍率
- 安全认证状态（是否已通过 UL 1642 等电芯级测试）
Module（电池模组）
模组是由多个电芯通过串/并联连接而成的最小可管理单元。模组通常包含：
- 电芯固定结构（塑料框架、粘结剂等）
- 汇流排（Busbar）连接
- 单体电压采集线
- 温度传感器（NTC 或其他类型）
- 模组级熔断器或保护元件
Pack（电池包）
电池包是由多个模组组成的电气和机械集成单元。Pack 通常内置 Pack 级 BMS 从控单元，负责：
- 模组间均衡管理
- Pack 级电压/电流/温度采集
- 与 Master BMS 通信
- Pack 级熔断器或接触器控制
Battery System（电池系统）— 被测试对象
电池系统是 UL 1973 的 最终被考核对象。它是一个完整的功能单元，包含：
- 一个或多个电池包
- 电池管理系统 (BMS)
- 物理外壳和安装结构
- 热管理系统（风冷/液冷/相变材料）
- 外部控制和通信电路
- 保护装置（熔断器、断路器、接触器）
- 断开装置（手动/自动隔离开关）
工程师关键认知： BMS 被视为电池系统的一部分，与电芯包作为一个整体接受测试。BMS 的保护功能是否可靠，直接决定系统能否通过各项安全测试。
四、核心定义逐条解析（Section 6）
4.1 电池管理系统 (BMS)
BMS (Battery Management System) 是 UL 1973 测试体系中的关键功能单元。标准要求 BMS 必须至少具备以下五项监测和保护功能：
| 保护功能 | 英文 | 触发条件 | 保护动作 |
|---|---|---|---|
| 过充保护 | Overcharge Protection | 任一电芯电压超过上限阈值 | 断开充电回路 |
| 过流保护 | Overcurrent Protection | 充电或放电电流超过限定值 | 限流或断开 |
| 过温保护 | Overtemperature Protection | 任一监测点温度超过上限 | 降功率或断开 |
| 欠温保护 | Under-temperature Protection | 温度低于允许充电最低温度 | 禁止充电 |
| 过放保护 | Overdischarge Protection | 任一电芯电压低于下限阈值 | 断开放电回路 |
BMS 的这些保护功能是后续所有电气测试（Sections 15-27）的"第一道防线"。如果 BMS 未能正确触发保护，测试将被判定为失败——即使电池本身没有出现可见损坏。
4.2 热失控 (Thermal Runaway)
热失控是电池安全领域最重要的概念之一。UL 1973 的定义（Section 6.58）：
Thermal Runaway: A condition where a cell undergoes self-heating resulting in an uncontrollable increase in temperature, which may lead to fire, explosion, or gassing.
关键要素提取：
- 自加速 (self-heating): 不需要外部持续加热，电芯内部化学反应产生的热量超过散热能力
- 不可控 (uncontrollable): 一旦触发，外部冷却手段通常无法阻止
- 后果: 可能导致火灾 (fire)、爆炸 (explosion) 或产气 (gassing)
热失控是 Section 42 测试的核心关注对象。标准要求人为诱导单电芯热失控，并验证系统能否阻止：
- 火灾传播到系统外部
- 爆炸性破裂
- 毒气泄漏（如果声明需要评估）
4.3 级联失效 (Cascading)
Cascading: A condition where the thermal runaway of one cell propagates to neighboring cells, causing successive cell failures.
级联失效是热失控传播的同义词。在 Section 42 测试中，级联是否发生是判定"通过/失败"的核心依据之一。如果级联导致系统外部出现火焰，测试失败。
4.4 危险电压 (Hazardous Voltage)
这是电气安全的基础阈值概念：
| 电压类型 | 阈 值 | 适用标准 |
|---|---|---|
| 交流峰值 (AC Peak) | > 42.4V | 30Vrms × 1.414 |
| 直流电压 (DC) | > 60V | 直流危险电压阈值 |
工程实践意义：
- 48V 标称直流系统（如通信基站电池）：需要考虑危险电压防护
- 12V/24V 车辆辅助电源：通常低于危险电压阈值
- 高压储能系统（400V-1500V）：多重绝缘和隔离措施
4.5 安全特低电压 (SELV)
SELV (Safety Extra-Low Voltage) 是电路电压不超过 30Vrms 交流或 60Vdc 直流的设计。SELV 电路与危险电压电路之间需要双重绝缘或加强绝缘隔离。
4.6 最大运行荷电态 (MOSOC)
MOSOC (Maximum Operational State of Charge): The maximum SOC limit specified by the manufacturer for normal operation.
MOSOC 是制造商定义的 最高允许运行 SOC 限值，需要综合考虑：
- 电芯化学体系的固有安全特性
- 系统热管理能力
- 预期的使用寿命需求
- 特定应用的安全性余量
在测试中，多个电气测试项目要求在 MOSOC 条件下进行，以模拟最严苛的充电状态。
4.7 正常工作区域 (Normal Operating Region)
制造商必须为电池系统定义三个维度的正常工作区域：
| 参数维度 | 内容 | 示例 |
|---|---|---|
| 电压范围 | 最低电压 ~ 最高电压 | 42V ~ 58.4V (16S LFP) |
| 电流范围 | 最大充电电流 / 最大放电电流 | 0.5C charge / 1C discharge |
| 温度范围 | 充电最低温度 / 最高运行温度 / 放电最低温度 | 0°C 充电 / 55°C 最高 / -20°C 放电 |
正常工作区域是测试的基准条件。超出这一区域的任何状态（如过充至 MOSOC 以上）都被视为需要 BMS 介入的异常状态。
五、定义速查表（Section 6 精选）
| 序号 | 术语 | 英文 | 定义摘要 |
|---|---|---|---|
| 1 | 电池系统 | Battery System | 电芯+模组+pack+BMS+外壳+控制电路 |
| 2 | 电池管理系统 | BMS | 监测过充/过流/过温/欠温/过放的保护系统 |
| 3 | 热失控 | Thermal Runaway | 自加速不可控升温，可能致火灾/爆炸/产气 |
| 4 | 级联失效 | Cascading | 单电芯热失控触发相邻电芯连锁失效 |
| 5 | 危险电压 | Hazardous Voltage | >42.4V 峰值或 >60Vdc |
| 6 | 安全特低电压 | SELV | ≤30Vrms 或 ≤60Vdc 的安全电路 |
| 7 | MOSOC | Maximum Operational SOC | 制造商规定的最高允许运行 SOC |
| 8 | 正常工作区域 | Normal Operating Region | 制造商规定的 V/I/T 安全运行范围 |
| 9 | 被测试装置 | DUT (Device Under Test) | 提交测试的完整电池系统 |
| 10 | 额定容量 | Rated Capacity | 制造商声明的放电容量 (Ah) |
| 11 | 可燃气 | Combustible Gas | 电池失效时释放的易燃气体 |
| 12 | 有毒蒸气 | Toxic Vapor | 电池失效时释放的有害蒸气 |
| 13 | 泄漏 | Leakage | 电解液从电芯或系统中逸出 |
| 14 | 破裂 | Rupture | 电芯或系统外壳出现机械破损 |
| 15 | 爆炸 | Explosion | 外壳猛烈解体并猛烈释放能量 |
六、UL 1973 "不做什么" — 标准边界
清晰理解 UL 1973 的边界同样重要。以下内容标准明确排除：
| 排除内容 | 相关标准 | 备注 |
|---|---|---|
| 容量/循环寿命测试 | IEC 62620, 制造商规范 | 性能不是安全范畴 |
| 能量效率测试 | IEC 62620 | 效率与安全无关 |
| 运输安全 | UN 38.3 | 运输环节另有标准 |
| 电池性能衰减/老化 | 无统一标准 | 老化对安全的影响可通过 Section 42 间接评估 |
| 软件功能安全 (含 BMS 软件) | 无独立要求 | 通过硬件保护可靠性间接验证 |
| 电磁兼容 (EMC) 之外的 EMF | FCC, IC 要求 | 仅限 EMC 抗扰度 |
| 现场安装验收 | UL 9540 | 系统级安装另有标准 |
工程师提示
在阅读标准条款时的重要提醒：
- Battery System ≠ Battery Pack — 这是认证中最常见的概念混淆。UL 1973 测试的是包含 BMS、外壳、热管理的完整 Battery System，不仅仅是电池包。
- 正常区域定义了 BMS 的"静默区" — 在正常工作区域内，BMS 不应误动作。但一旦任何参数超出范围，BMS 必须在规定时间内响应。
- 危险电压阈值是系统设计的红线 — 60Vdc 以上需要双重绝缘、危险电压标识、限制接触的物理防护。48V 标称系统充电态可能超过 54V，接近阈值，需要留有余量。
- MOSOC 不是 100% SOC — 制造商定义的 MOSOC 可能低于电芯的理论最高 SOC，这是安全设计的选择，不应与"电芯真实满电"混淆。
- 热失控 ≠ 一定起火 — 标准关注的是热失控发生后，系统能否控制后果（不传播火焰到外部、不爆炸）。
关键事实
- 适用范围 (Section 1): UL 1973:2022 Third Edition 覆盖固定式储能 (ESS)、轻轨辅助动力 (LER) 和车辆辅助电源 (VAP) 三大电池系统应用。明确排除：消费电子产品、道路车辆驱动电池、医疗设备。
- 电气要求 (Section 6): 电池管理系统 (BMS) 必须至少具备过充保护、过放保护、过流保护、过温保护和欠温保护五项基本功能。正常工作区域涵盖电压、电流、温度三个维度，制造商必须在 CRF 中明确定义。
- 机械要求 (Section 8): 电池系统的外壳设计须通过振动 (Section 28)、冲击 (Section 29)、挤压 100kN (Section 30)、静态力 250N/5s (Section 31)、钢球撞击 6.8J (Section 32) 和跌落撞击 (Section 33) 等测试。壁挂式系统须额外通过 3 倍系统重量持续 1 小时的壁挂强度测试 (Section 34)。
- 环境要求 (Section 9): 电池系统须通过温度循环 (-40°C ~ +75°C, 10 次循环，BMS 全程工作)、湿热 (按 IP 等级)、盐雾 (IEC 60068-2-52) 和外部火烧 (20 分钟庚烷油盘火) 四项环境测试，以验证在户外实际部署中的气候和火灾耐受能力。
- 热失控要求 (Section 42): 单电芯热失控测试要求在 MOSOC 和最高运行温度 ±10°C 的最严苛工况下，通过 Annex F 的方法 (内热器/外热器/针刺/挤压/过充) 诱导单电芯热失控，24 小时观察期内系统不得出现火灾传播到外部或爆炸。
常见问题
Q1: UL 1973 和 IEC 62619 有什么不同？我应该申请哪个认证？ A: UL 1973 是北美 (美国/加拿大) 市场准入标准，IEC 62619 是国际电工委员会制定的工业锂电池安全标准，主要适用于欧洲和亚洲市场。关键差异：(1) UL 1973 覆盖范围更广 (含 LER/VAP)，IEC 62619 主要面向固定式工业应用；(2) UL 1973 的 Section 42 单电芯热失控测试要求更严苛，有 5 种标准化诱导方法；(3) UL 1973 的外部火烧测试 (Section 41) 是 IEC 62619 中没有的。如果你的产品面向北美市场，UL 1973 是必需的；面向欧洲市场，IEC 62619 通常被接受。许多双市场产品需要同时通过两项认证。
Q2: 我的电池系统使用的是铅酸电池，还需要做 UL 1973 吗？ A: UL 1973 适用于所有电化学体系的电池系统，不限于锂电池。铅酸、镍氢、钠硫、液流电池等同样在范围内。但是，热失控测试 (Section 42) 的适用性和诱导方法会根据电化学体系调整：锂电池用 42.2 节的方法，其他体系用 42.3 节 (按制造商推荐或风险分析选择)。铅酸电池的热失控风险远低于锂电池，测试要求和判定标准也相应不同。具体需与认证实验室逐项确认。
Q3: 我们公司只是购买别人已经通过 UL 1973 认证的电池包，重新封装外壳后销售，还需要重新认证吗？ A: 需要。电池系统的外壳、安装方式、热管理和 BMS 任何一项改变，都构成一个新的 Battery System。即使内部电芯/模组/电池包已通过认证，整个新系统仍需要以完整的 DUT 身份通过全部测试。特别是外壳材料的改变会直接影响 Section 41 (外部火烧) 和 Section 42 (热失控) 的结果，BMS 参数的改变会影响所有电气测试 (Sections 15-27) 的通过率。
Q4: Section 6 中定义的 "危险电压" 阈值 60Vdc 是硬性要求吗？ A: 是的，60Vdc (或 42.4V AC峰值) 是标准中的硬性阈值。一旦系统的最大工作电压超过这个值，就进入了"危险电压"范畴，需要满足额外的安全要求：双重绝缘或加强绝缘、危险电压警告标识、限制接触的物理防护措施、保护接地连续性 (Section 23, ≤0.1Ω)、介电耐压测试 (Section 22)。48V 标称系统的充电电压可能达到 54V-58V，接近但一般不超过 60V 阈值，但仍建议在设计中留有余量。
Q5: MOSOC (最大运行荷电态) 如何确定？是否必须低于 100% SOC？ A: MOSOC 由制造商根据以下因素综合确定：(1) 电芯化学体系的固有安全特性——NCM 三元体系通常建议更低的 MOSOC (如 90%)，LFP 磷酸铁锂可以更接近 100%；(2) 系统的热管理能力——散热越好的系统可以允许更高的 MOSOC；(3) 预期的使用寿命——更高的 MOSOC 可能加速老化；(4) 应用场景的风险容忍度——靠近人员密集区的应用建议更保守的 MOSOC。标准本身不规定具体数值，关键是制造商能够合理论证所选 MOSOC 的安全性。MOSOC 一旦确定，将在所有相关测试中作为基准条件。
相关阅读
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- UL 1973 大型储能 vs 户用储能：Section 1~4 分类依据、测试等级差异
- UL 1973 钠/金属/空气电池：Annex B/C/E/I 替代化学体系特殊要求与测试差异
- UL 1973 热管理失效测试：Section 24 冷却系统故障、被动散热能力与温升限值
参考文献
- ANSI/CAN/UL 1973:2022, Third Edition — Section 1 (Scope), Section 6 (Glossary/Definitions)
- UL 1642 — Lithium Batteries (Cell-level safety standard referenced by UL 1973)
- UL 2580 — Batteries for Use in Electric Vehicles, Section 1 (Scope — EV traction batteries excluded from UL 1973)
- UL 2271 — Batteries for Use in Light Electric Vehicle (LEV) Applications, Section 1 (Scope)
- IEC 62619:2017 — Safety requirements for secondary lithium cells and batteries for industrial applications, Section 4 (General Safety Considerations)
- IEC 62620:2014 — Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes — Performance testing (for performance evaluation outside UL 1973 scope)