一句话总结： 依据 ANSI/CAN/UL 1973:2022 (Third Ed)，过充测试（Section 15）要求在全放电状态下，人为制造充电保护电路的单故障条件，将电池系统充电至至少 110% 最大充电电压，验证电芯电压不超出正常操作范围且无火无爆——这是整个电气测试体系中最基础也最致命的滥用场景。
1. 为什么过充测试如此关键
过充（Overcharge）是储能电池系统在真实应用中最常见的滥用场景之一。无论是因为充电器故障、BMS 保护参数设置错误、还是通信中断导致控制失效，电池一旦被充入超出设计上限的能量，就可能触发：
- 电解液分解 → 产生可燃气体
- 锂枝晶生长 → 内部短路风险
- 正极材料结构崩塌 → 释氧、热失控
UL 1973 Section 15 的目的就是验证：即使充电保护电路发生单一故障，电池系统也能安全终止充电，不会导致火灾、爆炸、有毒气体释放或电击危害。
下面是过充测试在 UL 1973 电气测试体系中的位置：
2. 过充测试完整操作流程（Section 15）
2.1 样品准备
| 步骤 | 要求 | 条款 |
|---|---|---|
| 充电状态 | 样品必须处于全放电状态（放电至制造商指定的 EODV） | 15.1 |
| 充电后静置 | 最大 8 小时，室温环境（25±5°C）；锂电池可延至 36 小时但 SOC ≥90%（此处为放电态，不适用） | 8.1 |
| 样品数量 | 1 台完整系统（Table 8.1）；子组件测试允许（如可代表系统行为） | 8.2, 15.5 |
| 样品年龄 | 不超过 6 个月（再生产样品） | 8.2 |
| 电芯温度监测 | 热电偶按 8.4 要求安装（24-30 AWG, 0.05-0.21 mm²） | 8.4 |
2.2 单故障条件施加
这是过充测试的核心步骤。测试人员需要人为制造充电保护电路中的一个单故障：
| 故障对象 | 说明 | 条款 |
|---|---|---|
| 主动保护器件 | BMS 中的过压保护电路被短路/开路/失效 | 11.1, 15.2 |
| 被动保护器件 | 保险丝、热熔断器等被旁路或失效 | 11.1, 15.2 |
| 功能性安全组件例外 | 若组件已按 7.9 评估（SIL 2 / PL c / ASIL C），不需施加单故障 | 15.6 |
关键原则：单故障必须模拟 7.8 系统安全分析中识别出的、可能影响测试结果的组件失效模式。如果保护电路有冗余设计，只对其中一级施加故障。
2.3 充电执行条件
| 参数 | 要求 | 条款 |
|---|---|---|
| 充电起始状态 | 全放电（EODV） | 15.1 |
| 充电倍率 | 制造商指定的最大充电倍率 | 15.4 |
| 充电电源能力 | 需能将样品充至至少 110% 最大充电电压 | 15.3 |
| 电芯电压监测 | 测试过程中持续测量各电芯/模组电压 | 15.2 |
| 温度监测 | 按 10.2 监测 DUT 表面温度 | 10.2 |
2.4 测试终止条件
测试在以下任一条件满足时终止：
| 终止条件 | 说明 |
|---|---|
| 条件 A：保护动作 | 充电被保护电路（电压或温度控制）终止，或 DUT 达到了110%最高充电电压限值 |
| 条件 B：系统失效 | 发生爆炸、火灾或其他表 12.1 中的不合格结果 |
⚠️ 重要：如果保护动作先于 110% 极限发生，测试终止于保护动作点，这本身不视为不合格。真正的通过标准是电芯电压是否在过程中超出了正常操作范围。
3. 测试后处理与判定
3.1 测试后流程
测试终止后依次执行：1 小时观察期（8.5） → 可燃蒸气检测（Section 9，≥ 2 个采样点，LFL 25% 阈值） → 有毒排放监测（Section 13） → 若仍可操作，一次完整充放电循环（12.2） → 「收到态」耐压测试（Section 22） → 检查破裂与泄漏
3.2 不合格判定准则（Table 12.1）
| 代码 | 含义 | 具体表现 |
|---|---|---|
| E | 爆炸（Explosion） | DUT 暴力释放能量，产生投射物或压力波 |
| F | 火灾（Fire） | DUT 内容物持续燃烧，有火焰、热量和炭化 |
| C | 可燃蒸气 | 蒸气浓度超过可燃气体的 25% LFL |
| V | 有毒蒸气释放 | 超过 OSHA 8h-TWA 允许暴露极限 |
| S | 电击危险 | 绝缘击穿导致介电强度失效 |
| L | 泄漏（Leakage） | 液体从设计开口或破裂处逃逸至外壳外部 |
| R | 破裂（Rupture） | 外壳机械失效，导致内容物暴露（但不构成爆炸） |
| P | 保护控制失效 | 软件/电子控制、分立控制器件或内置电气保护失效 |
3.3 最关键的判定准则（15.7）
电芯/模组上测得的最大充电电压不得超出其正常操作范围。
这是整个测试的核心判定线。即使没有发生爆炸或火灾，一旦电芯电压越界，测试即为不合格。
4. 关联测试横向对比
UL 1973 中有四个与充电滥用相关的电气测试，经常让工程师混淆。下表从测试对象、起始状态、施加条件三个维度进行对比：
| 对比维度 | Section 15 过充 | Section 16 高倍率充电 | Section 19 过放保护 | Section 21 不平衡充电 |
|---|---|---|---|---|
| 起始 SOC | 全放电（EODV） | 全放电（EODV） | 全满电（MOSOC） | 全满、但其中 1 个模组 50% SOC |
| 滥用方向 | 电压过高 | 电流过高 | 电压过低 | 电压不平衡 |
| 施加条件 | ≥110% 最大充电电压，最大倍率 | 120% 最大充电电流 | 最大放电倍率继续放电 30min | 最大正常充电参数 |
| 单故障对象 | 充电保护电路 | 过流充电保护 | 放电保护电路 | 主动保护器件 |
| 终止条件 | 保护动作 或 失效 | 保护动作 或 失效 | 被动保护 或 电压/温度保护 或 +30min | 充电完成并热稳定 |
| 核心判定 | 电芯电压 ≤ 正常操作范围 | BMS 检测过流并终止 | 电芯最低电压 ≥ 正常操作范围 | 偏置模组电压 ≤ 上限 |
Section 16 高倍率充电的关键差异
高倍率充电测试（Section 16）常被与过充混淆，但实际上：
- 过充（S15）关注的是电压维度的滥用——电压超过上限
- 高倍率充电（S16）关注的是电流维度的滥用——电流超过最大充电倍率
高倍率充电的测试电流 = 制造商最大充电电流 × 120%，而充电电源需能提供比最大额定值高 20% 的电流。
Section 21 不平衡充电的特殊之处
不平衡充电测试模拟了串联模组中某个模组 SOC 远高于其他模组的场景——这在更换模组或 BMS 均衡失效时常见：
- 全满 DUT，仅一个模组保留约 50% SOC，其余全放
- 以最大正常充电参数充电
- 监测那个 50% SOC 模组的电压是否超限
这是对 BMS 均衡功能最具针对性的测试。
5. 常见误区与工程实践
| 误区 | 实际情况 |
|---|---|
| "过充测试就是充到 110% 电压停下" | 不一定。保护电路可能在 110% 前动作，但只要电芯电压未越界，测试通过 |
| "单故障就是断开 BMS" | 不。单故障必须根据 7.8 安全分析有针对性地选择最可能影响测试结果的故障模式 |
| "过充和过放可以同一台样品做" | 可以——只要样品在前序测试中未受损到影响结果的程度（8.2 Exception 1） |
| "子组件测试总是可以替代整机测试" | 仅在子组件能代表整机行为时允许，需评估并记录等效性（15.5） |
6. 工程师操作建议
- 先做安全分析（7.8）：过充测试中的单故障条件必须基于 FMEA/FTA 结果来选择，不是随意挑一个组件失效。
- 确认充电电源容量：电源必须能够持续提供最大充电电流的同时维持 ≥110% 最高充电电压——否则可能在接近临界点时"掉链子"。
- 做好安全防护：Section 42 明确警告测试可能导致爆炸、火灾、有毒蒸气——测试区必须通风良好，配备灭火和废气处理设施。
- 全过程视频记录：Annex F 建议录制，对于分析失效模式和后续设计改进至关重要。
- 注意测试后操作：即使外观完好，也必须在 1 小时观察期结束、温度回落至安全水平后才能靠近 DUT。
7. 关键事实
- UL 1973 过充测试要求样品从**全放电状态（EODV）**起始，以最大充电倍率充至 ≥110% 最大充电电压
- 测试前必须对充电保护电路施加单故障条件，该故障应基于 Section 7.8 系统安全分析结果选择
- 核心判定准则（Section 15.7）：电芯/模组上测得的最大充电电压不得超出其正常操作范围
- 测试终止后需执行 1 小时观察期、可燃蒸气检测（≥2 采样点，LFL 25% 阈值）和有毒排放监测
- 不合格代码 E/F/C/V/S/L/R/P 覆盖爆炸、火灾、可燃蒸气、有毒蒸气、电击、泄漏、破裂和保护控制失效八种失效模式
8. 常见问题
Q1：过充测试中保护电路在 110% 电压前动作了，算通过吗？
算通过。只要电芯电压未超出正常操作范围，保护电路提前动作本身不视为不合格。
Q2：单故障条件应如何选择？
必须基于 Section 7.8 系统安全分析（FMEA/FTA），选择最可能影响测试结果的组件失效模式，不可随意挑选。
Q3：Section 15 过充与 Section 16 高倍率充电的核心区别是什么？
Section 15 关注电压维度的滥用（电压超出上限），Section 16 关注电流维度的滥用（电流超出最大充电倍率）。
Q4：功能性安全组件是否可以不施加单故障？
若已按 Section 7.9 评估并满足 SIL 2 / PL c / ASIL C 等级，功能性安全组件可豁免单故障条件（Section 15.6）。
Q5：同一台样品可否用于多个电气测试？
可以，只要前序测试未对后续测试结果产生不利影响（Section 8.2 Exception 1）。
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10. 参考文献
- ANSI/CAN/UL 1973:2022, Section 15 — Overcharge Test
- ANSI/CAN/UL 1973:2022, Section 8 — General Test Conditions
- ANSI/CAN/UL 1973:2022, Section 11 — Single Fault Conditions
- ANSI/CAN/UL 1973:2022, Section 12 / Table 12.1 — Noncompliant Results
- ANSI/CAN/UL 1973:2022, Section 7.8 — System Safety Analysis