退役动力电池梯次利用评估标准UL1974：2018解读

周 媛，王 锋，信 天，周广旭

(1.山东省产品质量检验研究院，山东 济南 250102； 2.山东省科学院自动化研究所，山东 济南 250014 )

随着动力电池规模化递增性退役，退役电池的安全可靠梯次利用成为聚焦点。我国高度重视退役动力电池回收梯次利用的发展，已发布国家标准GB/T 33598-2017《车用动力电池回收利用 拆解规范》[1]、GB/T 34015-2017《车用动力电池回收利用 余能检测》[2]、GB/T 33598.2-2020《车用动力电池回收利用 再生利用 第2部分：材料回收要求》[3]、GB/T 38698.1-2020《车用动力电池回收利用 管理规范 第1部分：包装运输》[4]和GB/T 34015.2-2020《车用动力电池回收利用 梯次利用 第2部分：拆卸要求》[5]，分别明确拆解规范、余能检测、材料回收要求、包装运输和拆卸要求。各级地方政府和大批企业已经在布局相关产业，但目前还没有相应的安全认证，梯次利用体系不健全，缺乏各环节的管理制度。

为推动再利用的规范化和标准化发展，有必要对相关的标准进行解读和研究。美国保险商实验室(UL)于2018年10月发布了UL 1974：2018《再利用电池的评估》[6]，以解决梯次利用电池的安全性和可靠性问题，规范退役电池的合理再利用，在北美已经进行了产品/流程的标准化，值得借鉴。

本文作者对该标准进行了解读，重点分析UL标准对梯次利用电池和企业的技术要求，以便于完善相关程序和机制，从而促进行业的可持续发展，提供安全、可靠、清洁的能源。

1 标准解析

1.1 标准概况

UL 1974适用于退役后再利用在能源存储系统或其他应用场景的电池包、模组和电芯的分类和分级过程，最初配置是用于电动汽车或其他应用。需要注意的是，该标准不适用于翻新电池，不包括翻新电池的过程。

该标准概述原本用于电动汽车或其他应用的电池包、模组和电芯如何进行分类和分级，如何识别电池的健康状况，以及如何评估退役电池梯次利用的可行性。通过分类和分级过程，确保梯次利用电池的性能，从而保证梯次利用电池的安全性和可靠性。这样，退役电池回收后既可作为备用能源，又能储存清洁可持续能源。

1.2 关于退役动力电池分级

针对退役电池的合理再利用，该标准对分级进行了如下规定：分级是由梯次利用企业根据指标对电池包、模组和电芯进行评估，以确定是否可以直接梯次利用，或根据健康状况和剩余容量分类为若干等级，以确定最终用途的过程。

该标准指出，梯次利用企业需建立相应的筛选分级机制和测试程序，并建议筛选分级过程控制遵照6σ法则。梯次利用企业对退役电池应制定比新电池规格值下调的标准进行分级，如开路电压(OCV)、容量、内阻、质量和尺寸等。

1.3 重点解析

1.3.1 适用标准要求

梯次利用电池需要符合与最终梯次应用场景匹配的标准所规范的相关要求，最终用途适用的标准要求见表1。

表1 适用标准要求

根据退役电池性能衰退程度，梯次应用在低速车上应满足UL 2271《轻型电动汽车用电池》[7]或UL 2580《电动汽车用电池》[8]；应用在固定式储能(备电)中需满足UL 1973《固定式、车辆辅助动力和轻轨(LER)用电池》[9]，UL 1973还适用于应用在休闲车中的辅助电源以及可移动但用作固定能量存储在临时能量存储系统中的电池。

1.3.2 梯次利用电池技术要求

该标准提出，应提供原厂文件，通过审查文档确定电芯是否合格，以确保符合相关的安全测试程序。如果电芯从模组中不容易拆卸下来，则可采取模组测试确定合规性。梯次利用电芯符合性要求应按表2涉及的标准进行安全测试。

表2 测试梯次利用电芯符合性的安全标准 Table 2 Safety standards for testing the conformance of echelon utilization cells

该标准明确了退役电池梯次利用需要按照最终用途适用的标准要求进行组件检查和安全测试，具体项目见表3。

表3 组件检查和安全测试项目

外壳设计检查内容包括强度和材料两个方面；BMS设计是从保护功能、保护冗余和保护可靠性/功能安全进行检查。在电池保护功能测试项目中，需要考核过充、过放、短路和不均衡充电；绝缘性能测试项目要考核绝缘强度和绝缘电阻；环境测试项目包括温度循环和防水；抗燃烧特性考核需进行外部火烧和单体电芯失效模拟项目。

1.3.3 梯次利用企业的技术要求

该标准指出，再利用工厂要建立各级程序文件和长期数据分析机制，信息收集和审查是初始分类程序的一部分。梯次利用企业应收集并查看电池(包)、模组和单体电芯上的可用信息，了解设计及健康状况。收集的主要信息内容见表4。

表4 信息收集的主要内容

BMS和辅助系统也必须收集和审查。BMS需收集：有关电流、电压和温度保护相关的零件编号、制造日期、制造商和BMS规范；通信协议；软件更新版本；示意图、电路板布局、算法、标识及BMS使用、安装、操作、编程和维护相关的信息。冷却系统应收集：与温度和控制相关的制造商、零件编号和规格；冷却剂和冷却系统零件清单；有关安装、故障排除、操作和维护等信息。其他系统主要收集：制造商、零件编号和规格；有关安装、故障排除、操作和维护等信息。

梯次利用企业对退役电池进行筛选的关键要素主要考核以下两个方面：电芯/电池组及相关配件的履历、异常电池需列入不合格品/拒收范围。电芯/电池组及相关配件的履历主要参考上面收集的信息进行审查评估；需列入不合格品/拒收范围的情况包括超期服役，过充/过放，经历滥用，经受极高温/低温，经历水浸、火灾、碰撞等。

梯次利用企业可通过以下方法对退役电池进行筛选：外观的人工/自动检测、筛选分级机制、BMS数据分析、电池非破坏性拆解分析、追踪存储状态和补电信息。

在分级过程中进行评估时，除了检查整个电池及辅助系统是否有明显的损坏迹象(如裂纹、膨胀、明显的气味、变色或烧伤痕迹)，还须执行以下测试程序：①电芯/电池模组OCV测量；②电池组高压隔离有效性确认；③容量检测；④直流内阻检测；⑤BMS控制和保护组件检测；⑥充放电单次循环测试(监测电芯和模组的温度、电压和电流)；⑦自放电率。执行测试程序时，③、④、⑥和⑦应在整个电池包/系统及梯次利用的最小拆解单元上进行，若最小拆卸单元是模组，在整个电池包/系统及梯次利用的模组上进行；若最小拆卸单元是电芯，在整个电池包/系统及梯次利用的电芯上进行。

如果梯次利用企业仅打算再利用模组或电芯，则电池包/系统上只需要进行①和②的测试。如果不改变电池包/系统的应用场景，仅对拆卸后的模组或电芯进行再利用到其他场景，则电池包/系统不需要进行③和⑦的测试。

上述测试过程中的所有数据都应该记录下来，以便进行分类和跟踪，该标准提出梯次利用企业要建立长期数据分析机制，需要对电芯关键参数进行分析优化：自放电率、常温及低温的充放电性能、健康状态(SOH)、耐受异常情况的能力。

被筛选评估可进行再利用的退役电池包、模组和电芯，还应该按照UN 38.3《危险物品运输试验和标准手册》[18]进行安全运输测试。

1.3.4 梯次利用电池的有效识别

梯次利用电池的标识应该是永久性且清晰可见的。梯次利用过程中应该去除原始制造商的所有标记，例如外部和内部电池模组和电芯的铭牌、型号和商标。梯次利用电池包、模组和电芯都应带有铭牌标识，以便进行有效识别。

2 可行性分析

退役动力电池的来源和最终梯次应用场景不确定，因此除了产品本身外，标准还要考虑来源和用途。拿到样品后，要考虑如何确定梯次应用场景；怎样按最终用途进行组件检查和安全测试；怎样进行信息收集和审查；收集信息后如何筛选；在分级过程中进行评估的检测项目有哪些；以及如何进行安全运输测试。该标准对以上流程如何通过标准来评估、如何规范化进行了明确。通过标准来评估在梯次利用过程中，整个流程的程序是否都能完成，在技术上是可行和可操作的。

3 结语

我国有全球最大的新能源汽车市场，也是动力电池最大的生产国家，需要利用并管理好退役动力电池。本文作者对UL 1974进行解读，侧重概述筛选评估过程中适用的标准、检验项目、收集和审查的信息内容、筛选的关键要素、筛选方法和测试程序。对标准解读，可为退役电池的合理再利用规范化、梯次利用企业完善各级程序文件和数据分析机制，解决梯次利用电池的安全性和可靠性问题，提供指导与参考。