Neue UL-Norm veröffentlicht: UL 1487, Batterie-Einhausungsgehäuse

Die erste Ausgabe von UL 1487, dem Standard für Batterieeinhausungsgehäuse, wurde am 10. Februar 2025 von UL Standards & Engagement als binationaler Standard für die Vereinigten Staaten und Kanada veröffentlicht. UL 1487 ist das Ergebnis der Zusammenarbeit, die 2023 unter interessierten Parteien begann, einschließlich Branchenvertretern und Herstellern, Feuerwehr-, Prüf- und Zertifizierungsorganisationen und zuständigen Behörden (AHJs).

Der Übergang zu nachhaltigeren Energiequellen hat die Entwicklung und den Einsatz von Technologien beschleunigt, die erneuerbare elektrische Energie speichern und freisetzen können, um unsere Welt mit minimaler Treibhausgasproduktion zu versorgen. Eine Schlüsseltechnologie bei diesem Übergang ist die Lithium-Ionen-Batterie. Während fortschrittlichere Batterietechnologien entwickelt werden, sind keine so energiedicht und wirtschaftlich im großen Maßstab hergestellt. Infolgedessen sind Produkte und Geräte, die mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden, proliferiert. Werkzeuge, die traditionell mit Zweitakt- oder Viertakt-Benzinmotoren betrieben werden – einschließlich Rasenmäher, Unkrautschneider, Blattgebläse, Kettensägen und Elektrowerkzeuge – werden durch batteriebetriebene Alternativen ausgeschlichen. E-Mobilitätsgeräte in Form von Rollern, Power-Assist-Fahrrädern, Mopeds und anderen haben den Einsatz insbesondere in städtischen Umgebungen erhöht.

Wie bei den meisten Fällen von Energie, die in einem technischen System gespeichert ist, bestehen potenzielle Sicherheitsrisiken, wenn eine Lithium-Ionen-Batterie durch physische Schäden, Umweltmissbrauch oder unsachgemäßes Laden beeinträchtigt wird. Ein solches Risiko, bekannt als thermische Durchlaufrate, ist ein Ausfallmodus von Lithium-Ionen-Batteriezellen, bei dem die Zelltemperatur durch unkontrolliertes Selbsterwärmen steigt. Der Vorfall schreitet zu einem Punkt fort, wenn die durch interne chemische Reaktionen erzeugte Wärmerate höher ist als die Rate, mit der die Zelle diese Wärme ableiten kann. Bei Lithium-Ionen-Batterien kann thermischer Durchlauf schnell entflammbare, explosive und giftige Abflussgase freisetzen. Thermische Trockenlaufgase sind hauptsächlich Mischungen aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen wie Methan und Elektrolytdämpfen[1]. Bei ausreichend Sauerstoff können sich diese Gasgemische sofort entzünden, was zu einem Brand oder nach einer Ansammlung führt, was zu einer Verpuffung führt.

Der Anstieg der Anzahl von Lithium-Ionen-Batterie-betriebenen Geräten hat einem Anstieg der Anzahl von thermischen Durchlaufvorfällen entsprochen. Dieser Anstieg von Vorfällen wird weltweit über mehrere Produktkategorien hinweg beobachtet[2]. Dieser Trend wird in den Vereinigten Staaten durch mehrere Vorfälle in New York City und anderswo mit E-Mobilitätsgeräten unterstrichen, die tragisch zu schweren Bränden geführt haben, die zu Todesfällen, Verletzungen und erheblichen Sachschäden geführt haben[2].

Um die Gefahren für die Lebenssicherheit von thermischen Durchläufen in Verbraucherprodukten zu beheben, sind die zentralen Präventionsstrategien der Benutzerschulung, Produktregulierung und Produktqualität von entscheidender Bedeutung. Diese Ansätze haben die Form öffentlich verfügbarer Forschung, der Einführung der aktuellsten Lithium-Ionen-Batterieschutzmaßnahmen in Modellbau-, Installations- und Brandschutzvorschriften und strengen Produktsicherheitsstandards, die darauf ausgelegt sind, die Ausfallraten zu reduzieren. Zusätzlich zu diesen Präventionsstrategien sind Produkte zur Batterieeindämmung entstanden, die speziell für die Minderung von thermischen Durchlaufgefahren von Lithium-Ionen-Batterien und batteriebetriebenen Geräten entwickelt wurden, die darin gelagert und aufgeladen werden. Zur Bewertung dieser Produkte wurde UL 1487, Batterieeinhausungsgehäuse, entwickelt.

UL 1487 ist ein Produktstandard, der die Sicherheitsleistung eines Produkts sowohl durch Konstruktions- als auch durch Prüfanforderungen berücksichtigt. In UL 1487 gibt es zwei primäre Testmethoden, die sich auf thermische Durchlaufsicherung konzentrieren.

Erstens gibt es einen internen thermischen Trockenlauftest, der ein skalierbares, standardisiertes Kraftstoffpaket aus Lithium-Ionen-Batterien verwendet, die gezielt in die thermische Trockenlaufausbreitung im Inneren des Produkts angetrieben werden. Die Speicherhohlraum-Energieeindämmungsbewertung (SCECR) bildet die Grundlage für die Größe des Kraftstoffpakets, und der Speicherhohlraum mit dem größten SCECR wird getestet.

Zweitens gibt es einen internen Deflagrationstest, der das Produkt einer Zündung eines standardisierten brennbaren Gemischs im Inneren des Produkts aussetzt. Dieser Zustand stellt eine explosive Zündung von angesammelten thermischen Trockenlaufabgasen dar. Die Leistungskriterien dieser Tests konzentrieren sich auf die Fähigkeit des Produkts, die strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten und Brand-, Explosions- und thermische Gefahren angemessen einzudämmen oder zu mindern.

UL 1487 umfasst Bau- und Leistungsprüfungen für interne elektrische Energieverteilung, integrierte Brandschutz- und Lebenssicherheitssysteme (zusammen als „integrierte Systeme“ bezeichnet), Umweltbelastungen und mechanische Belastung. Diese Testprogramme sollen besser auf ein bestimmtes Produktdesign und eine Endanwendung zugeschnitten werden. Sie konzentrieren sich zwar nicht auf die thermische Durchlaufsicherung, sind aber dennoch für die allgemeine sichere Leistung und Qualität des Produkts unerlässlich.

UL 1487 führt Definitionen für einige der Produktmerkmale ein. So ist beispielsweise ein Lagerraum ein allgemeiner Begriff für ein Regal, ein Schließfach, ein Würfelfach oder ein Fach, in dem Batterien platziert werden. Anschließend ist ein SCECR die Menge an elektrischer Batterieenergie in Wattstunden, die in einem Speicherhohlraum gespeichert werden kann.

Schließlich enthält UL 1487 einen optionalen Anhang D, der eine externe Brandprüfung ähnlich wie herkömmliche Feuerwiderstandstests umreißt. Dieser Test ergibt sich mit einer Feuerwiderstandsbewertung in Zeiteinheiten (z. B. 30 Minuten, 1 Stunde). Der Zweck dieses Anhangs ist es, ein Mittel zur Bewertung traditioneller Feuerwiderstandsklassen bereitzustellen, die in Brandschutzsprache für die Lithium-Ionen-Batterielagerung in Codes implementiert sind[3].

Die Freisetzung von thermischen Trockenlaufgasen in einen umgebenden Raum ist eine besonders schwierige Gefahr. Nach der Erzeugung muss das Gas sicher verdünnt, extrahiert oder neutralisiert werden, nachdem es aus einem Batteriebehältergehäuse austritt. Produkteigenschaften wie dedizierte Gasentlüftungen und kleinere SCECRs (d. h. Trennung) können die potenzielle Gasfreisetzung lenken und reduzieren. Es ist jedoch ein zusätzlicher Ansatz erforderlich.

Der Ansatz innerhalb von UL 1487 besteht darin, die Gasfreisetzung durch die Anforderungen für die Installation und Verwendungsanweisungen des Produkts zu verringern. Dieser Ansatz erkennt an, dass Produktstandards zwar keine Installationscodes sind, sie jedoch eine Grundlage für die Praxis in Codes bilden können, indem sie Anforderungen in Produktanweisungen implementieren.

Der Standard legt die Anforderungen zur Risikominderung fest, die je nach Installation und Verwendungsort des Produkts (d. h. im Innen- oder Außenbereich) in die Produktanweisungen geschrieben werden müssen. So wurden beispielsweise aktuelle Daten zum Schadenspotenzial durch Teilvolumendeflagrationen von thermischem Trockenlaufabflussgas auf eine Anforderung für die Mindestgröße des Innenraums angewendet, in dem sich das Produkt befindet (unter der Annahme, dass keine Explosionsminderung im Bereich des Innenraums vorhanden ist)[4].

Batterieeinhausungsgehäuse, die für die Installation in Innenräumen vorgesehen sind, wird ein minimal zulässiges Kammervolumen zugewiesen, das das minimal verfügbare Volumen eines geschlossenen Raums ist, wie beispielsweise ein Raum, in dem ein Batterieeinhausungsgehäuse basierend auf dem Potenzial für die thermische Freisetzung von Abflussgas verwendet oder installiert werden kann. Die Benutzer- und Installationsanleitung besagt, dass jede Abweichung von diesem Wert erfordert, dass Minderungsstrategien auf Raumebene von einem lizenzierten Ingenieur mit Explosionskompetenz vorhanden und bewertet werden müssen. Der derzeitige Geltungsbereich von UL 1487 deckt keine Produkte ab, die für die Installation oder Verwendung in Wohngebäuden vorgesehen sind.

UL 1487 wurde für die Aufnahme in die 2027er Auflage des International Fire Code (IFC) und die 2027er Auflage des NFPA 1, Fire Code, vorgeschlagen. Die Produkte, die gemäß UL 1487 getestet werden, sind für eine Vielzahl von Berufen und Anwendungen in verschiedenen Branchen und Verbraucherbereichen konzipiert, in denen Batterieausfälle eine Gefahr darstellen. Diese Produkte können durch die UL 1487-Zertifizierung eine weitere Sicherheitsebene für grüne Energie bieten.

Die von UL Solutions nach UL 1487 zertifizierten Gehäuse für die Batterieeinhausung finden Sie im Online-Zertifizierungsverzeichnis UL Product iQ^®. Produkt iQ kann kostenlos verwendet werden, erfordert jedoch eine einmalige Registrierung. Suchen Sie nach der Produktkategorie „Beilagen für die Lagerung, das Laden und die Eindämmung von Batterien und batteriebetriebenen Geräten“ (XHCH, XHCH7) oder sehen Sie sich die Liste der aktuellen Zertifizierungen und die Seite mit den Richtlinieninformationen an.

Die Brandcodes des Modells enthalten Anforderungen an batteriebetriebene Geräte, die sich auf die Minderung der potenziellen Risiken von Stromschlägen und thermischen Durchläufen konzentrieren.

• Abschnitt 10.21 Mit Strom versorgte Mikromobilitätsgeräte
• Spezifische Anforderungen und Einschränkungen für Geräteladeorte und -betrieb                                                                                                              

• Es wurde eine Aufgabengruppe geschaffen, um neue Anforderungen zur Prüfung durch das NFPA 1 Technical Committee einzureichen. Die Arbeit wird bis 2025 fortgesetzt
• Es wird ein Verweis auf UL 1487 erwartet

• Abschnitt 322 mit Strom versorgte Mikromobilitätsgeräte
• Spezifische Anforderungen und Einschränkungen für Geräteladeorte und -betrieb
• Abnehmbare Speicherbatterien dürfen nicht in einem geschlossenen Schrank gestapelt oder aufgeladen werden, es sei denn, der Schrank ist speziell für diesen Zweck konzipiert und zugelassen

• Erweiterung der Anforderungen um zusätzliche Arten von batteriebetriebenen Geräten und Geräten, möglicherweise alle in einem neuen Kapitel
• Erweiterung der Anforderungen, um ein breiteres Spektrum an Batteriechemikalien abzudecken (nicht nur Li-Ionen)
• Es wird ein Verweis auf UL 1487 und UL 4900 erwartet, die Untersuchungsbeschreibung für Mikromobilitäts-Ladegeräte.