エネルギー貯蔵用高性能リチウム電池に必要な安全認証は何ですか？

UL 1973：リチウム電池モジュールおよびパック向けの基幹的安全認証

適用範囲、適用対象、および定置型エネルギー貯蔵システム（Stationary Energy Storage）の主要要件

UL 1973は、エネルギー貯蔵システム（ESS）や無停電電源装置（UPS）などの定置用途向けに設計されたリチウム電池モジュールおよびパックに対する北米地域における主要な安全基準です。基本的には、電気的故障、熱ストレス状況、および潜在的な火災といった一般的な問題に対して設計が耐えられるかどうかを検証します。この規格には、特に注目すべきいくつかの重要な要件があります。第一に、異常時に危険なアーク放電が発生しないよう、堅固な電気的絶縁が確保されている必要があります。また、材料は着火しにくく、適切な封止機能も備えていなければなりません。さらに、機械部品は日常的な運転中に生じる振動および衝撃にも耐えられる必要があります。温度が通常範囲を大幅に超えるような極端な変動が生じても、熱管理機能が確実に作動する必要があります。UL 1973に基づく認証を取得することで、これらの電池は商業ビルや工場など、あらゆる場所で安全に運用可能となります。加えて、製造事業者は、完全なシステム全体を対象としたより上位の認証（例：UL 9540）を取得する前に、本試験に合格することが必須となります。

重要な過酷試験：過充電、短絡、熱サイクル、機械的衝撃

UL 1973 認証を取得するためには、リチウム電池システムが最悪の故障状況を模擬した厳格な過酷試験を受ける必要があります。これらの試験には以下が含まれます：

• 過充電 ：安全限界を超えた充電を行い、保護回路の有効性を検証します。
• ショートサーキット ：端子間を直接短絡させ、熱暴走の封じ込め性能を評価します。
• 熱サイクル ：－20°C から ＋60°C までの温度変化を繰り返し与え、性能劣化を評価します。
• 機械的衝撃 ：輸送時のストレスや物理的損傷を模擬した衝撃を加えます。

2022 年版規格によれば、認証取得には火災、爆発、電解液漏れが一切発生しないことが必須であり、これはシステムが極限条件下でも重大な故障を起こさない耐性を有することを示しています。

UL 9540A：リチウム電池システムにおける熱暴走伝播の検証

セルからシステムへの火災伝播試験プロトコルおよびデータ解釈

UL 9540Aは、単一の電池セルから、複数のモジュールおよびユニットで構成される完全なシステムに至るまで、故障時に熱がどのように伝播するかを評価することによって機能します。基本的には、過充電、短絡、あるいは物理的ストレスの付与といった手法を用いて、制御された条件下で熱暴走状態を意図的に発生させ、その過程における安全性を検証します。このプロセスの各段階において、問題がさらに悪化する前にシステムがそれを抑制できるかどうかを確認します。階層構造のいずれかの段階で熱の伝播が止まれば、それ以上の試験を実施する必要はありません。一方、熱が実際に伝播した場合には、技術者が温度上昇の度合い、放出されるガスの種類、放出される可能性のある微粒子、および故障がコンポーネント間を移動するのに要する正確な時間などを測定します。2024年に発行された最新版では、高温下における各種リチウム電池の試験に関するより厳格な基準や、合格と不合格を明確に区別するための新たな判定ルールなど、重要な変更点が導入されています。例えば、現在の要件の一つとして、電池セル間で問題を抑制し続ける時間が最低60分以上であることが安全基準を満たすために求められています。こうしたすべての試験により、火災の拡大速度、有毒煙の発生量、および爆発の発生可能性といった定量的なデータを含む詳細な報告書が作成されます。これらのデータは、地方当局が消防関連規則を策定する際や、企業が自社施設における潜在的リスクをモデル化しようとする際に不可欠となります。

UL 9540Aが火災安全なESS設計およびリスク低減戦略に与える示唆

UL 9540A試験によるデータは、エンジニアが実世界における火災リスクを実際に低減するための選択を行う上で極めて重要な役割を果たします。システム設計に際して、専門家は熱伝達数値や火災の拡大速度を検討し、熱遮断材の構造改善、換気口の形状設計、および設置設備内の各部品間の適切な分離方法を検討することで、万が一の発熱事象が最大でも1～2モジュールにとどまるよう対策を講じます。ガス検知器は、温度が150℃を超えるような危険レベルに達する前に十分余裕をもって消火システムを起動するよう設定されています。2024年に改訂された最新版では、屋上や車庫など空間が限られ、建物近傍で万が一の事態が発生した場合に人が容易に避難できない場所に設置される機器に対する安全基準が大幅に強化されています。昨年の業界統計によると、UL 9540Aガイドラインを遵守している施設では、非遵守施設と比較して約74％も火災件数が減少しています。消防士は、特定の状況への対応計画を立てる際にも、これらの火災拡大報告書を参照します。また、検査官はこうした情報を活用し、NFPA 855が定める適切な間隔確保や空気流の確保といった要件への適合性を確認することで、理論上のリスク評価を現場で実際に機能する安全対策へと具体化しています。

IEC 62619およびEN 62619：リチウム電池の安全性に関する国際産業規格

商用ESS用途における性能、過酷条件耐性、および適合要件

IEC 62619規格およびその欧州版EN 62619規格は、定置型エネルギー貯蔵システム（ESS）で使用される産業用リチウム電池に関する必須の安全要件を定めています。これらの国際的に認められたガイドラインでは、運用中のストレス条件下においても電池が信頼性高く動作することを求めています。これには、複数回の充放電サイクル後でも容量を維持すること、および約60℃までの温度範囲で熱的に安定していることが含まれます。また、これらの規格では、標準化された試験を通じて電池がさまざまな異常使用状態（アブーズ）に耐える方法についても明記されています。例えば、最大充電電圧の1.5倍の過電圧条件に耐えること、抵抗が100ミリオーム未満となる外部短絡に耐えること、100キロニュートンを超える機械的圧縮力に耐えること、および熱暴走を効果的に封じ込めることが求められます。適合を達成するためには、メーカーはバックアップ電圧監視システム、火災の拡大を阻止するパッシブバリア、および数ミリ秒以内に作動する高速シャットダウン機構など、複数の内蔵安全機能を組み込む必要があります。これらの要件への適合は、EUの『バッテリー規則（Batteries Regulation）』に基づくCEマーク取得に実際に不可欠であり、同規則では25項目を超える多様な安全側面について適合証明が求められています。2023年の『産業用エネルギー貯蔵監査（Industrial Energy Storage Audit）』によると、IEC／EN 62619規格に準拠する企業は、実世界での応用において約40％少ない故障率を報告しており、大規模な送配電網への展開に非常に適しています。

UL 9540：リチウム電池およびBMSの安全性を統合したシステムレベル認証

UL 9540がエネルギー貯蔵システム全体の安全性（リチウム電池、熱管理、制御装置を含む）をいかに検証するか

UL 9540規格は、完全なエネルギー貯蔵システム全体に対して包括的な安全性評価を提供します。この規格では、電池モジュールそのものにとどまらず、熱管理システム、バッテリーマネジメントシステム（略称：BMS）、筐体、およびこれらすべての構成要素が制御ロジックを通じてどのように相互に連携するかまでを対象としています。従来の標準試験は通常、個別の部品に焦点を当てていますが、UL 9540では、実際の運用環境で同時に発生する課題に対する総合的な性能を実際に試験します。たとえば、電気的障害が極端な気象条件下で同時に発生する場合や、時に見られる危険な熱連鎖反応などです。最も重視されるのは、すべての安全機能がチームとして正しく機能することを実証することです。すなわち、通常の充放電動作中にシステムを安定させ、発熱問題を適切な筐体内に閉じ込め、重大な異常が発生した際に自動的にシャットダウンし、さらにバッテリーマネジメントシステム（BMS）と冷却装置との間で効果的な通信が確保されることです。このような「全体像」に基づく試験手法により、異なる構成要素が接続される部分に潜む弱点を特定できます。2023年の火災安全報告書のデータによると、この認証を取得したシステムでは、熱関連事故が約47％減少しています。また、この認証を取得することで、承認プロセスが迅速化され、商業規模および大規模送配電用リチウムイオン電池システムに対して重要な保護層が構築されます。

よくある質問

UL 1973認証とは何ですか？

UL 1973認証は、定置型エネルギー貯蔵システムおよび無停電電源装置（UPS）で使用されるリチウム電池モジュールおよびバッテリーパックの安全性を保証する規格であり、電気的故障、熱応力、および火災の発生に対する耐性を確認します。

リチウム電池システムにおいて、過酷な使用条件（アブーズ）試験が重要な理由は何ですか？

過充電、短絡、熱サイクル、機械的衝撃などの過酷な使用条件試験は、リチウム電池システムが極限状況下でも重大な故障を起こさず、安全要件を満たすことを保証するために不可欠です。

UL 9540Aはエネルギー貯蔵システムの設計にどのような影響を与えますか？

UL 9540Aは、熱伝達および火災の延焼に関するデータを提供しており、火災リスクを最小限に抑えるシステム設計にとって極めて重要です。これにより、断熱材の配置やリスク低減戦略の策定がガイドされます。

IEC 62619およびEN 62619規格とは何ですか？

IEC 62619およびEN 62619は、商用エネルギー貯蔵システムで使用される産業用リチウム電池に対する必須の安全要件を定める国際規格であり、性能の信頼性および過酷な使用条件への耐性を含みます。

UL 9540認証には何が含まれますか？

UL 9540認証は、リチウム電池、熱管理、制御装置を含むエネルギー貯蔵システム全体の安全性を対象としており、すべての構成要素が有効に連携してリスクを最小限に抑えることを保証します。