L'approvisionnement en batteries au lithium certifiées UL destinées aux micro-réseaux nord-américains, aux systèmes de secours pour les télécommunications ou aux bâtiments commerciaux comporte souvent un piège coûteux. De nombreux fournisseurs de batteries affirment en effet que leurs produits sont entièrement conformes au simple fait que leurs cellules brutes internes bénéficient d'une homologation au titre de la norme UL 1642.
Les inspecteurs du bâtiment, les responsables de la sécurité incendie et les autorités compétentes (AHJ) chargées de faire respecter la norme NFPA 855 et l'article 706 du Code national de l'électricité (NEC) évaluent l'installation dans son ensemble plutôt que des cellules prises isolément. Plutôt que d'exiger que chaque projet obtienne une série fixe de certificats distincts, les normes nord-américaines de sécurité relatives aux batteries s'articulent autour de quatre niveaux d'évaluation distincts, en fonction de l'étendue de l'équipement et de l'architecture du système :
- Niveau 1 (évaluation des cellules) : la norme UL 1642 évalue des cellules électrochimiques nues soumises à des contraintes électriques, mécaniques et thermiques extrêmes.
- Niveau 2 (Évaluation des blocs-batteries et des modules) : la norme UL 2054 s'applique aux blocs-batteries portables à usage domestique et professionnel, tandis que la norme UL 1973 concerne les blocs-batteries et les modules destinés au stockage d'énergie stationnaire, à l'alimentation auxiliaire des véhicules et aux applications de transport ferroviaire léger (LER).
- Niveau 3 (Évaluation de la sécurité fonctionnelle et des commandes) : les normes UL 991 et UL 1998 évaluent le matériel de commande à semi-conducteurs et les logiciels programmables lorsque les fonctions de sécurité dépendent de la logique électronique du BMS (cette évaluation est généralement réalisée dans le cadre d'une analyse du pack ou du système global, plutôt que sous la forme de certificats universels autonomes pour chaque BMS).
- Niveau 4 (Évaluation au niveau du système) : La norme UL 9540 prévoit une évaluation de la sécurité au niveau du système portant sur les fonctions de charge et de décharge, de protection, de commande, de communication et de boîtier, en se référant à des normes telles que les normes UL 1973 et UL 1741, en fonction de l'architecture et des composants spécifiques du système.
MegSolid conçoit ses plateformes de cellules, de modules et d'armoires en s'appuyant sur cette architecture réglementaire grâce à notre Systèmes de stockage d'énergie à l'état solide et modulaire Stockage d'énergie à usage commercial et industriel (C&I) des solutions, accompagnées de fichiers de certification spécifiques à chaque modèle et dont le champ d'application a été vérifié lors de la revue technique.
Tableau comparatif complet : décryptage des normes UL relatives aux batteries selon quatre niveaux d'évaluation
Les équipes chargées de l'ingénierie, de l'approvisionnement et de la construction (EPC) qui examinent les dossiers soumis par les fournisseurs doivent vérifier que chaque norme UL correspond bien à son champ d'application légal et à ses limites physiques d'essai. La présentation d'un rapport au niveau de la cellule ou d'un certificat de batterie portable pour une installation commerciale fixe entraîne le rejet du permis lors de l'examen des plans.
Le tableau 1 présente les quatre niveaux d'évaluation des batteries au lithium certifiées UL selon les normes nord-américaines, ainsi que la méthode d'essai au feu UL 9540A correspondante.
Tableau 1 : Matrice hiérarchique d'évaluation de la sécurité des batteries d'UL
| Standard | Niveau d'évaluation | Périmètre des équipements concernés | Certification / Résultats |
|---|---|---|---|
| UL 1642 | Niveau 1 : Composant de base (cellule) | Piles au lithium primaires et secondaires | Composant reconnu par l'UR (R inversé) |
| UL 2054 | Niveau 2A : Kit portable | Outils électriques, robotique mobile, dispositifs médicaux | Kit homologué ou reconnu par UL |
| UL 1973 | Niveau 2B : Équipements fixes, auxiliaires et pack LER | Racks fixes pour systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), alimentation auxiliaire des véhicules, tramway électrique léger | Module homologué ou reconnu par UL |
| UL 991 / 1998 | Niveau 3 : Contrôle et sécurité fonctionnelle | Matériel à semi-conducteurs BMS (991) et logiciels BMS (1998), le cas échéant | Évalué au regard de la norme de référence |
| UL 9540 | Niveau 4 : ESS au niveau du système | Système ESS complet (charge/décharge, protection, contrôle, communications) | Système homologué UL (ou équivalent NRTL) |
| UL 9540A | Méthode d'essai au feu (sans évaluation « réussi/échoué ») | Propagation d'un incendie dû à un emballement thermique au niveau d'une cellule, d'un module, d'une unité et d'une installation | Rapport sur les données d'essai (examen NFPA 855) |
Principaux domaines et limites des tests :
- UL 1642 : Évalue le boîtier nu de la cellule, l'intégrité du séparateur et le système de décompression de sécurité dans le cadre de protocoles de mise à l'épreuve électrique, mécanique et thermique définis en fonction du type de cellule, de la composition chimique (primaire ou secondaire) et de la géométrie de l'échantillon.
- Norme UL 2054 : Évalue la durabilité des petits boîtiers portables à usage domestique et commercial, ainsi que la protection des cartes contre les pannes isolées ; ne s'applique pas aux installations fixes et permanentes de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) dans les bâtiments.
- UL 1973 : Évalue les modules et les packs de batteries destinés au stockage d'énergie stationnaire, à l'alimentation auxiliaire des véhicules et aux trains légers sur rail (LER), en portant notamment sur la résistance diélectrique, les dispositifs de protection et le confinement des défaillances internes des cellules.
- UL 991 et UL 1998 : applicables lorsque des fonctions de protection essentielles à la sécurité dépendent d'une électronique à semi-conducteurs ou d'un micrologiciel programmable ; évaluées en fonction de l'architecture de protection du BMS plutôt que d'être exigées sous forme de certificats autonomes pour chaque BMS.
- UL 9540 : Fournit une évaluation complète de la sécurité au niveau du système, couvrant les fonctions de charge et de décharge, de protection, de contrôle, de communication et de boîtier, en se référant aux normes applicables telles que les normes UL 1973 et UL 1741, en fonction de l'architecture du système.
Note relative à la vérification des achats : Lorsque vous examinez les fiches techniques des fournisseurs, demandez toujours le certificat de conformité (CoC) original et vérifiez bien la version exacte de la norme, le numéro de modèle et le nom du demandeur dans le répertoire du laboratoire émetteur avant de signer un contrat de fourniture d'équipements.
Niveau d'évaluation 1 : Explications sur la sécurité au niveau des cellules et la norme UL 1642
La qualification des composants destinés aux batteries au lithium industrielles commence au niveau des cellules nues. Avant qu'un ingénieur n'intègre les cellules dans un module, le modèle de cellule est évalué afin de déterminer son comportement en cas d'utilisation abusive, conformément à la norme UL 1642.
Que vérifie la norme UL 1642 ?
La norme UL 1642 (norme relative aux batteries au lithium) évalue le risque d'incendie ou d'explosion lorsque des cellules au lithium primaires (non rechargeables) ou secondaires (rechargeables) non protégées sont soumises à des contraintes électriques, mécaniques et thermiques excessives. L'applicabilité des essais, le conditionnement des échantillons (par exemple, à l'état neuf ou après cycles de charge/décharge) et les paramètres d'essai spécifiques dépendent de la classification des cellules (primaires ou secondaires, remplaçables par un technicien ou par l'utilisateur), de la masse des échantillons et de la géométrie du boîtier :
- Protocoles en cas de maltraitance liée à l'électricité :
- — Court-circuit externe : les bornes des cellules sont court-circuitées sur une charge à faible résistance définie par la norme, dans des conditions de température ambiante et de température élevée spécifiées, afin d'évaluer l'intégrité du boîtier et le comportement de la ventilation.
- — Chargement anormal : conformément à la norme UL 1642, les procédures de charge anormale s'appliquent aux piles primaires (non rechargeables) soumises à des courants de charge non prévus, tandis que la protection contre la surcharge et les comportements abusifs des piles rechargeables (secondaires) sont évaluées conformément aux normes applicables aux piles secondaires et aux blocs-batteries (telles que les normes UL 1973 ou UL 2054), selon le profil de charge spécifié.
- — Décharge forcée : s'applique aux cellules destinées à être utilisées dans des configurations en série à plusieurs cellules, dans lesquelles une cellule déchargée pourrait subir une inversion de polarité sous l'effet des autres cellules en série, et non pas dans le cadre d'un test uniforme sur toutes les applications à cellule unique.
- Protocoles en cas de maltraitance physique :
- — Essai de compression : soumet des échantillons de cellules à une compression mécanique entre des surfaces planes ou spécifiées, conformément à la géométrie du dispositif d'essai et aux paramètres de force définis pour le format et la taille des cellules dans la norme UL 1642.
- — Essai de choc : évalue la résistance mécanique à l'intrusion en laissant tomber un poids spécifié sur une tige en acier placée en travers d'échantillons de cellules cylindriques ou prismatiques, conformément à la procédure d'essai de choc prévue par la norme.
- — Évaluations des chocs et des vibrations : les échantillons de cellules concernés sont soumis à des impulsions de choc d’accélération et à des profils de vibration définis par la norme afin de vérifier que les soudures internes des languettes, les raccords structurels et les joints d’étanchéité des bornes résistent au desserrage mécanique et aux fuites.
- Protocoles en cas de surchauffe :
- — Essai de chauffage : les échantillons de cellules sont placés dans un four à température contrôlée, conformément à la vitesse de montée en température, à la température de maintien cible et à la durée spécifiées par la norme UL 1642 pour la classification et la composition chimique de l'échantillon concerné.
- — Cycles thermiques : soumet les échantillons de cellules à des cycles alternant des températures extrêmes (hautes et basses) définies par la norme, pendant les durées de maintien et le nombre de cycles spécifiés, afin de vérifier l'intégrité du boîtier et des joints et de s'assurer qu'il n'y a pas de fuite d'électrolyte.
Dans la norme UL 1642, l’évaluation « réussi/échoué » s’applique à chaque clause d’essai spécifique plutôt qu’à un critère universel unique : en fonction de la procédure d’essai et de la catégorie d’échantillon, les critères d’acceptation permettent de déterminer si l’échantillon présente un risque d’incendie, d’explosion, de pénétration par des projectiles à travers un écran métallique d’essai environnant (comme lors des essais de chauffage), une rupture du boîtier, ou une perte de masse excessive et un écoulement d’électrolyte.
Distinction entre la norme UL 1642 (au niveau de la cellule) et la norme UL 1973 (au niveau du pack)
La norme UL 1642 évalue la cellule électrochimique nue en tant que telle. Les fusibles, les contacteurs, les circuits d’équilibrage des cellules et les barrières anti-arc du boîtier étant des composants au niveau du pack plutôt que des éléments d’une cellule brute, ils ne relèvent pas du champ d’application de la norme UL 1642. Une fois que les cellules nues sont soudées sur des barres omnibus et intégrées à un système de gestion de batterie (BMS) à l’intérieur d’un boîtier, l’unité assemblée présente des interactions électriques et thermiques multi-cellules qui nécessitent une évaluation au niveau du pack.
La seule reconnaissance de la norme UL 1642 au niveau des cellules ne suffit pas à établir la conformité d'un module de batterie stationnaire fini. Les fabricants (EPC) doivent vérifier les exigences applicables en matière d'évaluation au niveau du pack, d'homologation du système et d'installation avant de soumettre l'équipement à l'approbation de l'autorité compétente (AHJ).
Niveau d'évaluation 2 : Normes relatives aux packs et aux modules (certification UL 2054 par rapport à la certification UL 1973)
Une fois les cellules soudées sur les barres omnibus, raccordées à un système de gestion de batterie (BMS) et scellées à l'intérieur d'un boîtier, l'ensemble passe à l'étape d'évaluation de niveau 2. À ce stade, les acheteurs B2B doivent faire la distinction entre les batteries portables à usage domestique ou commercial (UL 2054) et les modules destinés au stockage stationnaire, à l'alimentation auxiliaire des véhicules ou aux trains légers (UL 1973).
- Niveau 1 : Évaluation des cellules brutes → UL 1642 (composant homologué - marquage UR)
- Appareils portables / à usage domestique / à usage professionnel → UL 2054
- Équipements fixes / équipements auxiliaires pour véhicules / module LER → UL 1973
UL 2054 : Norme relative aux batteries portables et aux batteries à usage commercial léger
La norme UL 2054 (Norme relative aux batteries à usage domestique et professionnel) s'applique aux blocs-batteries portables primaires et secondaires utilisés dans des équipements à usage domestique et professionnel, tels que les appareils électroniques portables, les outils électriques, les chariots médicaux et les appareils électroménagers portables. Plutôt que d'appliquer un profil d'essai unique et identique à chaque bloc-batterie, la norme UL 2054 attribue des essais électriques (évaluations de surcharge, de décharge forcée, de court-circuit et de circuit à défaut unique), mécaniques (chute, choc et écrasement) et de conditionnement du boîtier (tels que le soulagement des contraintes thermiques ou de moulage pour les boîtiers en polymère) en fonction de la composition chimique spécifique de la batterie, du matériau du boîtier et de la configuration du bloc-batterie.
L'utilisation d'un rapport relatif à un système portable conforme à la norme UL 2054 dans le cadre d'un projet de stockage d'énergie fixe et permanent peut entraîner des difficultés en matière d'autorisation lorsque l'installation relève des réglementations applicables au stockage fixe :
- Différence de champ d'application par rapport aux normes applicables aux installations fixes : la norme UL 2054 porte sur les équipements hôtes portables et mobiles, et non sur les systèmes de stockage d'énergie fixes raccordés au réseau ou intégrés à des bâtiments.
- Champ d'application des essais de propagation : la norme UL 2054 n'inclut pas les procédures de confinement de la propagation en cas de défaillance d'une cellule interne d'un module fixe et d'emballement thermique spécifiées dans la norme UL 1973.
- Applicabilité des codes et des exigences des autorités compétentes (AHJ) : L'acceptation d'un ensemble de batteries dans un bâtiment commercial, une installation de télécommunications ou une installation industrielle dépend de la classification spécifique de l'équipement, des seuils de capacité, des codes électriques et de sécurité incendie en vigueur (tels que l'article 706 du NEC, la norme NFPA 855 ou le Code international de sécurité incendie) et des exigences locales des autorités compétentes (AHJ).
Certification UL 1973 : modules fixes, auxiliaires pour véhicules et modules pour le transport ferroviaire électrique léger
La norme UL 1973 (Norme relative aux batteries destinées à des applications fixes, d'alimentation auxiliaire des véhicules et de transport ferroviaire léger) est l'une des principales normes applicables aux modules, blocs et racks de batteries dans trois catégories d'applications industrielles, évaluées en fonction de la catégorie de produit et des exigences du projet :
- Stockage d'énergie stationnaire : baies BESS commerciales, batteries de secours pour télécommunications de 48 V/51,2 V, chaînes de batteries pour réseaux électriques et armoires d'alimentation sans coupure (UPS) pour centres de données.
- Alimentation auxiliaire des véhicules : batteries auxiliaires alimentant les équipements non liés à la propulsion, les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) ainsi que les équipements électroniques dans les véhicules utilitaires.
- Light Electric Rail (LER) : ensembles de batteries destinés aux applications ferroviaires et de transport urbain.
L'obtention de la certification UL 1973 implique des évaluations électriques, mécaniques et relatives aux défaillances des cellules, définies par les clauses de la norme applicable et l'usage prévu :
- Circuit de protection et évaluation des défauts isolés :
- — Les ingénieurs du laboratoire simulent des conditions de défaut unique (telles que des défauts simulés au niveau d'un dispositif de commutation, d'un capteur ou d'une piste de détection) tandis que la batterie fonctionne dans des conditions anormales de surcharge, de décharge excessive ou de courant élevé.
- — En cas de défaut unique, le système de protection de la batterie doit maintenir l'ensemble dans les limites de fonctionnement sûres ou le faire passer à un état sûr, conformément à l'architecture de protection définie par le fabricant et aux exigences des normes applicables.
- Tension diélectrique de tenue et résistance d'isolement :
- — Les modules et chaînes de batteries (par exemple, les racks commerciaux fonctionnant dans des plages de tension représentatives telles que 676 V à 936 V CC ou les chaînes de réseau à 1 331,2 V CC) sont soumis à des essais de résistance diélectrique en courant alternatif ou continu (hi-pot) et de résistance d’isolement, les tensions d’essai exactes étant calculées à partir de la tension nominale du système de l’équipement selon les formules de la norme UL 1973.
- Évaluation des défaillances internes des cellules et de leur propagation :
- — La défaillance est provoquée dans une cellule cible du module à l'aide d'une méthode de déclenchement conforme aux normes et adaptée à la conception de la cellule et du module.
- — La conformité est évaluée au regard des critères spécifiques de réussite ou d'échec et des voies de mise en conformité définis dans l'édition et l'annexe de la norme UL 1973 applicables à l'environnement d'installation prévu.
- Évaluations de l'intégrité mécanique :
- — Selon que l'ensemble est classé pour une utilisation fixe, comme équipement auxiliaire de véhicule ou pour le transport ferroviaire léger électrique, et selon le mode de montage du boîtier, la norme UL 1973 applique les clauses correspondantes relatives à l'écrasement, aux chocs, aux secousses ou aux vibrations.
Niveau d'évaluation 3 : Évaluation des systèmes de contrôle et de la sécurité fonctionnelle (UL 991 et UL 1998)
Dans le cadre des enquêtes menées au titre des normes UL 1973 ou UL 9540, l'évaluation des composants électroniques et des logiciels du système de gestion de batterie (BMS) constitue une étape technique importante dès lors que des commandes actives assurent des fonctions de protection essentielles à la sécurité.
Comprendre le champ d'application des normes UL 991 et UL 1998
Les normes UL 991 et UL 1998 constituent des normes techniques régissant la conception et l'évaluation des matériels et logiciels de commande liés à la sécurité, et non deux certificats de certification distincts et autonomes que chaque système de gestion des bâtiments (BMS) doit obtenir séparément. Que ce soit la norme UL 991, la norme UL 1998 ou d’autres normes de sécurité fonctionnelle reconnues (telles que la norme UL 60730-1, IEC 61508 ou ISO 13849) s’appliquent dépend des fonctions de sécurité spécifiques attribuées au BMS, de l’architecture matérielle de protection et des critères d’évaluation de la norme de référence (telle que UL 1973 ou UL 9540) :
- Norme UL 991 (Essais relatifs aux commandes de sécurité utilisant des dispositifs à semi-conducteurs) :
- — Évalue les systèmes de commande liés à la sécurité utilisant des dispositifs à semi-conducteurs lorsque ces circuits assurent des fonctions de protection primaires.
- — Réalise des évaluations des contraintes environnementales, électriques et électromagnétiques (telles que les décharges électrostatiques, les champs électromagnétiques rayonnés, les transitoires rapides, les variations de tension d'alimentation ou la dérive thermique), sélectionnées conformément aux dispositions des normes applicables et à la structure du contrôleur.
- — Effectue une analyse des défaillances des composants et une simulation de défaillances afin de vérifier que le système de commande maintient la sécurité ou passe à un état de sécurité défini, déterminé par la fonction de sécurité spécifique.
- Norme UL 1998 (Logiciels dans les composants programmables) :
- — Évalue les logiciels programmables et les micrologiciels embarqués (quel que soit le langage de programmation utilisé) lorsque la logique logicielle commande des fonctions de protection liées à la sécurité.
- — Examine l'architecture logicielle et les mesures de contrôle des défaillances, qui peuvent inclure des techniques de conception telles que les temporisateurs de surveillance, les contrôles d'intégrité de la mémoire et des registres (par exemple, le CRC), l'exécution déterministe des tâches et la gestion défensive des défaillances de communication, en fonction de la catégorie du logiciel et de l'analyse de sécurité.
Comment l'architecture du système de gestion de la batterie (BMS) influence l'évaluation de la sécurité fonctionnelle
Conformément aux normes UL 1973 et UL 9540, le champ d'application de l'évaluation des contrôles dépend de la manière dont les coupures de protection primaires et secondaires sont réparties entre les composants passifs, le matériel discret et les logiciels programmables. Le tableau 2 présente les éléments à prendre en compte lors de l'évaluation des architectures de protection courantes des systèmes de gestion de batterie (BMS).
Tableau 2 : Architecture de protection du système de gestion de la batterie (BMS) et éléments à prendre en compte lors de l'évaluation
| Architecture de protection | Méthode de sélection primaire | Éléments à prendre en compte lors de l'évaluation du potentiel |
|---|---|---|
| Fusible passif et coupe-circuit thermique | Élément de fusion électromécanique | Évalué conformément aux normes applicables relatives aux fusibles ou aux dispositifs thermiques des composants (par exemple, UL 248) ; l'audit logiciel ne s'applique pas au chemin passif |
| Seuil matériel non programmable | Comparateurs analogiques discrets et logique matérielle | Analyse des défauts du matériel de commande à semi-conducteurs et clauses applicables en matière de CEM et d'environnement (telles que la norme UL 991 ou une norme équivalente) |
| Coupure du contrôleur programmable | Micrologiciel de microcontrôleur pilotant des dispositifs de commutation | Analyse des défaillances matérielles et évaluation des logiciels programmables (telles que les normes UL 991 et UL 1998, ou leurs équivalents reconnus comme UL 60730-1 / CEI 61508), en fonction des fonctions de sécurité attribuées |
Conseil technique à l'attention des acheteurs OEM/ODM : Lors de l'approvisionnement en blocs-batteries sur mesure ou de l'intégration de contrôleurs BMS tiers, vérifiez auprès du fournisseur comment les coupures de sécurité primaires et secondaires sont réparties entre le matériel et le logiciel, et vérifiez quelle voie d'évaluation de la sécurité fonctionnelle s'applique dans le cadre de l'étude visée par les normes UL 1973 ou UL 9540.
Niveau d'évaluation 4 : Évaluation de la sécurité au niveau du système (UL 9540 et certification UL 9540)
L'association d'un ensemble de batteries conforme à la norme UL 1973 à un onduleur conforme à la norme UL 1741 nécessite de vérifier que la configuration complète du système respecte les codes d'installation applicables et les exigences d'homologation au niveau du système. Dans les juridictions appliquant la norme NFPA 855, le Code international de prévention des incendies (IFC) ou l'article 706 du NEC, les autorités compétentes évaluent si le système intégré dispose d'une homologation UL 9540 applicable.
Qu'est-ce que la norme UL 9540 (systèmes et équipements de stockage d'énergie) ?
La norme UL 9540 évalue l'ensemble du système de stockage d'énergie en tant que produit intégré, comprenant les modules de batterie, les équipements de conversion de puissance, les systèmes de commande, les fonctions de protection et tout autre composant concerné. Les exigences spécifiques en matière d'évaluation dépendent de l'architecture du système, de l'application prévue et de l'édition de la norme applicable.
Dans le cadre d'une enquête de certification UL 9540, les ingénieurs d'un laboratoire d'essais reconnu au niveau national (NRTL) évaluent la sécurité au niveau du système dans tous les domaines concernés :
- Coordination de la charge, de la décharge et des commandes : vérifie que le sous-système de batterie, les équipements de conversion de puissance et les commandes du système fonctionnent dans les limites nominales de tension, de courant et de température, tant en conditions normales qu’anormales de fonctionnement.
- Communication et réponse en état de sécurité : évalue la manière dont le système intégré réagit à une perte de communication de contrôle critique entre les sous-systèmes, en vérifiant que le système passe à un état de fonctionnement sûr ou d'arrêt défini, conformément à son analyse de sécurité et aux exigences normatives.
- Coordination électrique et en cas de court-circuit : évalue les contributions au courant de défaut provenant des chaînes de batteries et des équipements de conversion de puissance, en fonction de la topologie réelle du circuit et de l'architecture de coordination des dispositifs de protection.
- Gestion thermique et évaluation des boîtiers : Évalue les sous-systèmes de refroidissement dans les conditions de fonctionnement nominales définies par le plan d'essais de certification, et évalue les boîtiers d'extérieur ou d'intérieur par rapport à la norme de classification déclarée (en notant que les classifications NEMA telles que NEMA 3R et les indices de protection contre les infiltrations de la CEI tels que IP54 ou IP55 suivent des critères d'essai différents et ne peuvent pas être considérés comme identiques).
- Interfaces de détection d'incendie et d'atténuation des risques : évalue les interfaces de détection de gaz, de détection de fumée/thermique, de ventilation ou d'extinction d'incendie lorsqu'elles sont incluses dans la conception du système ou requises pour la catégorie d'installation prévue (par exemple, les interverrouillages CVC spécifiques au projet ou les systèmes d'extinction à agent propre tels que le Novec 1230 ou les unités à aérosol).
UL 9540 vs UL 9540A : mises à jour des éditions et seuils réglementaires
Les développeurs de projets confondent souvent la norme UL 9540 avec la norme UL 9540A. Bien que leurs numéros soient similaires, ces normes remplissent des rôles réglementaires distincts :
- La norme UL 9540 est une norme de sécurité des produits au niveau du système qui donne lieu à l'apposition d'un marquage de certification sur les équipements de stockage d'énergie conformes.
- La norme UL 9540A (Méthode d'essai pour l'évaluation de la propagation d'un incendie dû à un emballement thermique dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie) est une méthode d'essai au feu qui permet d'obtenir des données techniques d'essai plutôt qu'un certificat de conformité indiquant si le produit est conforme ou non.
Les ingénieurs chargés d'examiner la documentation relative aux essais selon la norme UL 9540A doivent également tenir compte des différences entre les différentes éditions de la norme, plutôt que de partir du principe que chaque rapport suit une séquence identique en quatre étapes :
- UL 9540A, 5e édition : essais structurés répartis sur quatre niveaux successifs : niveau cellule, niveau module, niveau unité et niveau installation.
- UL 9540A, 6e édition : conserve les essais d'incendie à grande échelle au niveau des cellules, des modules et des installations, tout en révisant l'applicabilité et le champ d'application des essais au niveau des unités. La poursuite des essais vers des niveaux supérieurs dépend des résultats obtenus aux niveaux précédents et des paramètres d'installation prévus.
Les rapports d'essai UL 9540A documentent la composition des gaz émis par les cellules, le confinement de l'emballement thermique des modules et le comportement de propagation de la chaleur et des flammes, à des fins de vérification de la conformité aux normes. Les seuils de capacité énergétique applicables, les mesures de protection contre l'incendie, les distances de séparation et les exigences d'installation dépendent des éditions adoptées de la norme NFPA 855 et du code de prévention des incendies (y compris les mises à jour jusqu'à l'édition 2026 de la norme NFPA 855), de la composition chimique de la batterie, du type d'installation et des exigences locales de l'autorité compétente (AHJ).
Réalité juridique pour l'acheteur : reconnaissance UL, homologation UL et champ d'application NRTL
Lorsqu'elles examinent la documentation des fournisseurs concernant les batteries au lithium homologuées UL, les équipes chargées des achats doivent faire la distinction entre la reconnaissance des composants et l'homologation du produit, et vérifier les limites de l'accréditation des laboratoires.
Repérer les allégations trompeuses des fournisseurs : le label « UR » face aux labels de référencement
Les fournisseurs présentent parfois des certificats relatifs aux composants pour attester de la conformité du système. Les acheteurs doivent vérifier le marquage exact et le champ d'application du certificat :
- Le marquage UR (composant homologué UL) :
- — Représenté par un " U " associé à un " R " à l'envers.
- — Indique qu’un composant (tel qu’une cellule nue conforme à la norme UL 1642 ou un relais de protection interne) a fait l’objet d’une évaluation en vue de son intégration en usine dans un équipement complet, dans des conditions d’acceptabilité spécifiées.
- — La reconnaissance des composants ne suffit pas à elle seule à établir qu’un module ou un boîtier de batterie fini est homologué pour une installation autonome sur site.
- Marques de certification des produits (telles que la certification UL) :
- — Généralement représenté par UL Solutions sous la forme du symbole " UL " entouré d'un cercle, accompagné de la mention " LISTED " et d'un identifiant de délivrance/contrôle, bien que les formats spécifiques des marques varient selon le programme de certification et l'organisme émetteur.
- — Indique que des échantillons représentatifs d'un produit ou d'un système complet (tel qu'un module de batterie conforme à la norme UL 1973 ou un système de stockage d'énergie conforme à la norme UL 9540) ont été évalués en vue d'une installation sur site dans le cadre de l'homologation.
Comprendre le champ d'application des NRTL de l'OSHA et leur acceptation par les autorités locales compétentes (AHJ)
En vertu de la réglementation 29 CFR 1910.7 de l’Administration américaine de la sécurité et de la santé au travail (OSHA), l’OSHA accrédite des laboratoires d’essais reconnus au niveau national (NRTL) pour tester et certifier les équipements utilisés sur le lieu de travail relevant des normes de sécurité de l’OSHA. Lors de l’évaluation des certificats délivrés par différents laboratoires, les équipes chargées des achats doivent vérifier deux aspects juridiques :
- La reconnaissance NRTL est spécifique à chaque norme et n'est pas universelle :
- — NRTL est un programme d'accréditation plutôt qu'un simple label de certification.
- — Chaque organisme accrédité (tel que UL Solutions, Intertek/ETL, CSA Group, TÜV Rheinland, TÜV SÜD ou SGS North America) n’est reconnu par l’OSHA que pour les normes d’essai spécifiques figurant dans le champ d’application officiel de la reconnaissance de ce laboratoire. Le fait de détenir le statut NRTL n'autorise pas un laboratoire à certifier toutes les catégories de produits ni toutes les normes UL.
- Accréditation OSHA vs. agrément des autorités locales compétentes (AHJ) et des compagnies d'assurance :
- — La certification des lieux de travail par l’OSHA, l’application des codes locaux du bâtiment et de prévention des incendies, ainsi que la souscription d’assurances pour les biens immobiliers commerciaux relèvent de compétences distinctes.
Limite d'acceptation NRTL : Une certification ETL, CSA ou délivrée par un autre organisme NRTL peut constituer une alternative valable à une certification UL lorsque l'organisme émetteur est reconnu pour la catégorie de produit et la norme d'essai concernées, et que la certification couvre précisément la configuration de l'équipement. Il convient toutefois de vérifier que cette certification est bien acceptée par l'autorité compétente locale (AHJ) et l'assureur du projet.
Le processus de test des batteries de l'UL : protocoles de mise à l'épreuve et données sur les cellules hybrides solide-liquide
Comprendre comment les essais de batteries UL évaluent les contraintes électriques, thermiques et mécaniques aide les ingénieurs à interpréter avec précision les résumés des essais fournis par les fabricants, sans confondre des normes d'essai distinctes.
En quoi les protocoles de gestion des abus diffèrent-ils d'une norme à l'autre ?
Les normes relatives aux essais sur les cellules, les modules et les essais au feu prévoient des limites d'essai et des méthodes de déclenchement distinctes, plutôt qu'une procédure unique regroupant ces éléments :
- Essais de surcharge au niveau des cellules et des modules : les essais de charge anormale au niveau des cellules prévus par la norme UL 1642 s'appliquent aux cellules primaires, tandis que les essais de surcharge au niveau des modules prévus par la norme UL 1973 évaluent des packs rechargeables assemblés dans des conditions de défaillance unique du BMS, jusqu'aux limites de tension ou de courant de charge spécifiées.
- Essais de court-circuit externe : tant la norme UL 1642 (au niveau de la borne nue de la cellule) que la norme UL 1973 (au niveau de la sortie du module ou du pack) prévoient des circuits de défaut à faible impédance utilisant des valeurs de résistance et des configurations de dispositifs de protection définies par les clauses respectives de ces normes.
- Propagation de l'emballement thermique vs essais au feu : La norme UL 1973 évalue le confinement d’une défaillance d’une seule cellule au sein d’un module, tandis que la norme UL 9540A évalue la propagation d’un incendie dû à un emballement thermique et la production de gaz à l’aide de méthodes d’amorçage (telles que des sources de chaleur externes, une surcharge, la pénétration d’un clou ou d’autres déclencheurs) autorisées par l’édition applicable de la norme, ainsi que la réponse des cellules.
Dans les cellules lithium-ion à électrolyte liquide classiques, les solvants carbonates organiques volatils peuvent se vaporiser et dégager des mélanges de gaz inflammables lorsque les températures internes sont élevées ; le moment exact où ce dégagement commence et le volume de gaz dégagé dépendent de la formulation spécifique de l'électrolyte, de l'état de charge et de la structure de la cellule.
Caractéristiques techniques et données des essais de résistance aux conditions extrêmes de la cellule hybride solide-liquide MegSolid
Comme indiqué dans les fiches techniques spécifiques aux cellules de MegSolid, les cellules prismatiques hybrides solide-liquide de stockage d'énergie SHS180-314Ah et SHS165-280Ah intègrent technologie des électrolytes nano à l'état solide conçu pour réduire la teneur en solvant liquide libre et limiter les réactions secondaires indésirables.
Le tableau 3 présente les paramètres techniques ainsi que les résultats des tests de référence, distingués au niveau des cellules et au niveau des modules, tels qu'ils figurent dans les fiches techniques officielles des modèles SHS180-314Ah et SHS165-280Ah.
Tableau 3 : Caractéristiques techniques de la cellule hybride solide-liquide MegSolid et résultats des tests de performance publiés
| Paramètre / Catégorie de test | Cellule MegSolid SHS180-314 Ah | Cellule MegSolid SHS165-280 Ah |
|---|---|---|
| Capacité nominale et tension nominale | 314 Ah / 3,2 V (1 004,8 Wh calculés ; 1 005 Wh indiqués dans la fiche technique) | Classe 280 Ah / 3,2 V |
| Densité énergétique et masse | 180 Wh/kg / 390 Wh/L (masse des cellules : 5,60 ± 0,1 kg) | Catégorie 165 Wh/kg (~350–365 Wh/L) |
| Résistance interne et rendement des cellules | CA : 0,18 ± 0,03 mΩ / CC : 0,4 ± 0,1 mΩ ; rendement énergétique de la cellule ≥ 94,5 % | Interface à faible impédance entre un nanoélectrolyte et un matériau à l'état solide |
| Durée de vie nominale et état en fin de vie | 6 000 cycles jusqu'à un SOH ≥ 80 % (à 0,5 P/0,5 P, 100 % de profondeur de décharge) | ≥ 8 000 cycles jusqu'à ≥ 70 % de SOH (à 0,5 P/0,5 P, 100 % de DoD, température ambiante) |
| Essai de pénétration des clous au niveau cellulaire | Pénétration d'un clou en acier de 5 mm : aucune instabilité thermique dans les conditions d'essai | Vérifier le rapport d'essai de fixation des cellules spécifique au modèle ainsi que les conditions d'échantillonnage |
| Essais thermiques et de court-circuit au niveau des cellules | Méthode GB/T 36276-2023 : température de déclenchement de l'emballement thermique ≥ 110 °C ; ΔT sur grande surface en cas de court-circuit externe < 10 °C | Méthode GB/T 36276-2018 : température de surface de la cellule > 120 °C pendant l'essai d'emballement thermique |
| Essai de surcharge au niveau du module 1C | Vérifier le rapport de surcharge au niveau des modules en fonction de la configuration des packs | Test de surcharge du module 1C du 1P52S : pas de fumée, pas d'incendie, pas d'explosion |
| Normes mentionnées sur la fiche de cellule | Méthodes d'essai GB/T 36276-2023 | GB/T 36276-2018, UL 1642, UL 1973, UL 9540A, CEI 62619, RoHS, UN 38.3 |
Remarques techniques concernant la vérification des essais de cellules et de modules signalés :
- Limites d'essai distinctes : essais de pénétration par clou au niveau des cellules, essais thermiques et de court-circuit au niveau des cellules (conformément aux normes GB/T 36276-2023 ou GB/T 36276-2018), et les essais de surcharge 1C au niveau des modules (sur une configuration de module 1P52S) constituent des procédures d'essai distinctes. Les acheteurs doivent demander les rapports d'essai correspondants à MegSolid afin de confirmer les références exactes des modèles, les quantités d'échantillons et les limites des essais.
- Réponse thermique conditionnelle : dans les conditions spécifiées pour les essais de pénétration par un clou et de surcharge, les configurations de cellules hybrides solide-liquide MegSolid testées ont présenté la réponse thermique indiquée. Les performances réelles en matière de sécurité dépendent de la conception des cellules, de l'architecture des modules, des conditions de fonctionnement et de la configuration complète de l'essai.
Alignement des packs MegSolid et des systèmes C&I sur les procédures d'autorisation des projets
Lors du choix de modules de batteries assemblés, d'armoires C&I ou de conteneurs de service public, les ingénieurs EPC doivent vérifier la configuration exacte et le champ d'application de la certification pour chaque modèle :
- Blocs-batteries 51,2 V pour rack et blocs-batteries mobiles :
- — MEG-Solid-512314FL1 (batterie hybride LiFePO4 à semi-conducteurs de 51,2 V, 314 Ah, 16,07 kWh, courant de charge maximal et de décharge en continu de 200 A, impédance interne ≤ 15 mΩ, 8 000 cycles à 80 % de profondeur de décharge (DoD)) : La page officielle du produit mentionne une protection IP21/IP65 ainsi que les certifications UL, CE et UN 38.3. Étant donné que les indices IP21 et IP65 correspondent à des configurations de boîtier différentes (un même boîtier ne peut pas présenter simultanément ces deux indices), les acheteurs doivent préciser l'indice de protection requis et vérifier le champ d'application exact de la norme UL pour chaque commande.
- — MG 512314 Pack amovible (314 Ah, 16 076 Wh, tension de fonctionnement de 40 V à 58,4 V, courant maximal de 200 A, ≥ 6 000 cycles) : La fiche technique du produit mentionne les normes UL 1741, CEI 62109-1, CEI 62109-2, EN 61000-6-1/-6-3, FCC Partie 15 Classe B et RoHS. Étant donné que les normes UL 1741 et CEI 62109-1/-2 concernent la conversion de puissance et la sécurité des onduleurs plutôt que les packs de batteries en tant que tels, les acheteurs doivent vérifier auprès de MegSolid si ces normes s’appliquent à un onduleur associé ou à la configuration complète du système, et s’assurer que les documents de certification du pack de batteries sont conformes aux exigences du site de leur projet.
- Armoires commerciales, baies à refroidissement par liquide et conteneurs utilitaires :
- — Série d'armoires d'extérieur ESSA (30 kW à 100 kW / 55,296 kWh à 215,04 kWh à 400 V CA, IP54) : Certaines caractéristiques, telles que les transformateurs d'isolement intégrés, le système d'extinction d'incendie à base d'aérosol ou de Novec 1230, ainsi que les configurations standard à batteries LFP ou, en option, à cellules à semi-conducteurs spécifiques au projet, dépendent du modèle ESSA sélectionné et des spécifications du contrat.
- — Système Energon à refroidissement liquide LFP C&I (261,24 kWh, 125 kVA, configuration LFP 1P260S 314 Ah, tension de service de 676 V à 936 V CC, indice de protection IP54, rendement maximal du système pouvant atteindre 90 % ; à noter que le chiffre indiqué dans cette fiche technique correspond au rendement maximal du système et non au rendement aller-retour), Conteneur à refroidissement par liquide 5000INTL (5 015,9 kWh, 2 700 kW à 690 V CA, 1 123,2 V à 1 497,6 V CC, IP55), et PCS modulaires PMA080/105/125 (de 80 kW à 125 kW, tension d'entrée de 615 V à 950 V CC).
Limite importante en matière de conformité : Des résultats favorables aux essais de mise à l'épreuve des cellules ou des modules ne dispensent pas automatiquement une installation de système de stockage d'énergie par batterie (BESS) des exigences du code de prévention des incendies ni ne réduisent automatiquement les distances de séparation prévues par la norme NFPA 855. Toutes les mesures de protection contre l'incendie, les barrières thermiques et les distances de recul d'installation dépendent de l'édition du code de prévention des incendies adoptée, de l'homologation UL 9540 au niveau du système, des rapports d'essai UL 9540A spécifiques au modèle et de l'agrément officiel délivré par l'autorité compétente locale (AHJ).
FAQ
En quoi la norme UL 1973 diffère-t-elle de la norme UL 2580 ?
Alors que la norme UL 1973 évalue les batteries destinées au stockage stationnaire, à l'alimentation auxiliaire des véhicules et aux applications ferroviaires électriques légères, la norme UL 2580 (Norme relative aux batteries destinées aux véhicules électriques) évalue spécifiquement les packs et modules de batteries de traction conçus pour la propulsion des véhicules électriques dans des applications automobiles sur route et tout-terrain, en mettant l'accent sur les scénarios extrêmes de collision automobile, d'immersion et de vibrations routières.
Pourquoi la norme UL 2054 ne remplace-t-elle généralement pas la norme UL 1973 dans les installations fixes de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) ?
La norme UL 2054 s'applique aux batteries portables à usage domestique et commercial utilisées dans les outils portatifs, les appareils électroniques mobiles et les équipements portables. Si la norme UL 2054 est adaptée dans le cadre de son champ d'application portant sur les équipements portables, les installations fixes de stockage d'énergie régies par l'article 706 du NEC, de la norme NFPA 855 et du Code international de prévention des incendies (International Fire Code) exigent généralement que les modules de batterie soient évalués selon la norme UL 1973 (y compris les exigences relatives à la résistance diélectrique en installation fixe et au confinement des défaillances internes des cellules) dans le cadre d’une démarche de conformité au niveau du système, sous réserve des codes locaux et des exigences de l’autorité compétente (AHJ).
Dans quelles conditions les normes UL 991 et UL 1998 s'appliquent-elles à un système de gestion des bâtiments (BMS) ?
Les normes UL 991 et UL 1998 ne constituent pas des certificats autonomes obligatoires pour chaque système de gestion de batterie (BMS). Elles s'appliquent en tant que normes d'évaluation de la sécurité fonctionnelle lorsqu'un bloc-batterie ou un système de stockage d'énergie s'appuie sur des commandes électroniques à semi-conducteurs (UL 991) ou sur des logiciels/micrologiciels programmables (UL 1998) pour exécuter des coupures de protection primaires critiques pour la sécurité, et lorsque ces commandes ne sont pas protégées exclusivement par des dispositifs électromécaniques passifs ou ne sont pas déjà qualifiées selon une autre norme de sécurité fonctionnelle reconnue (telle que UL 60730-1, CEI 61508 ou ISO 13849) acceptée dans le cadre de l’évaluation parentale selon UL 1973 ou UL 9540.
Quelle est la différence entre la certification UL 9540 et les essais UL 9540A ?
La norme UL 9540 est une norme de sécurité des produits qui évalue un système complet de stockage d'énergie et délivre un marquage de certification en cas de conformité. La norme UL 9540A est une méthode d'essai au feu (et non une certification) qui mesure la propagation d'un incendie par emballement thermique, les débits de dégagement de chaleur et la composition des gaz émis, afin de fournir des données d'essais techniques pour l'examen de la conformité aux codes de prévention des incendies selon la norme NFPA 855 et l'IFC.
Quels sont les niveaux d'essai prévus par la norme UL 9540A, et en quoi les 5e et 6e éditions diffèrent-elles ?
Dans la 5e édition de la norme UL 9540A, les essais étaient organisés en quatre niveaux : niveau cellule, niveau module, niveau unité et niveau installation. Dans la 6e édition de la norme UL 9540A, la norme conserve les essais au feu à grande échelle au niveau de la cellule, au niveau du module et au niveau de l'installation, tout en révisant l'applicabilité et le champ d'application des essais au niveau de l'unité. Dans les deux éditions, tous les rapports d’essai ne nécessitent pas la réalisation de tous les niveaux ; la décision de passer à des niveaux supérieurs dépend des résultats thermiques et de propagation observés aux étapes précédentes, ainsi que de la configuration d’installation prévue.
Comment l'autorité compétente examine-t-elle les rapports d'essais BESS lors de la procédure d'autorisation d'un projet ?
Lors de l'examen des plans, l'autorité compétente locale (responsable du bâtiment et chef des pompiers) vérifie généralement que l'équipement dispose d'une homologation de système applicable (telle que la norme UL 9540) délivrée par un NRTL accrédité pour la configuration exacte de la batterie et du PCS, examine le rapport d’essai au feu UL 9540A spécifique au modèle afin d’évaluer la propagation de l’emballement thermique et la production de gaz inflammables, et vérifie que la capacité du système, les distances de séparation, la ventilation, le contrôle de la déflagration et la lutte contre l’incendie sont conformes aux éditions adoptées localement de la norme NFPA 855, de l’IFC, de l’IBC et du NEC.
Les marques ETL, CSA ou TÜV bénéficient-elles de la même reconnaissance que la marque UL ?
Les certifications ETL, CSA ou autres certifications NRTL peuvent constituer une alternative valable à une certification délivrée par UL lorsque l'organisme émetteur est accrédité par l'OSHA (ou par le Conseil canadien des normes au Canada) pour la catégorie de produit et la norme d'essai spécifiques (telles que UL 1973 ou UL 9540), et que l'homologation couvre exactement la configuration de l'équipement. Étant donné que la reconnaissance NRTL de l'OSHA se limite au champ d'application publié par chaque laboratoire, et que les autorités locales compétentes (AHJ) et les assureurs immobiliers conservent un pouvoir d'examen indépendant, les acheteurs doivent vérifier le champ d'application du laboratoire ainsi que l'acceptation par les autorités locales compétentes et les assureurs avant de procéder à l'achat.
Quelles sont les options de mise en conformité si un projet comprend un rack de batteries conforme à la norme UL 1973, mais ne dispose pas d'une homologation conjointe UL 9540 avec l'onduleur sélectionné ?
Lorsqu'un ensemble de batteries et un système de conversion de puissance ne sont pas couverts conjointement par un agrément UL 9540 existant, les équipes de projet évaluent généralement plusieurs options en fonction des exigences réglementaires locales et des politiques de l'autorité compétente (AHJ) : choisir un modèle d’onduleur/PCS déjà inclus dans la matrice d’homologation UL 9540 multi-PCS du fabricant de batteries ; collaborer avec le fabricant pour étendre l’homologation UL 9540 d’usine afin d’y inclure le PCS visé ; ou (lorsque l’autorité compétente locale et les codes applicables le permettent) faire appel à un NRTL accrédité pour réaliser une évaluation sur site spécifique, étayée par les homologations des composants et les données d’essai UL 9540A.
Quel est le lien entre la norme CEI 62619 et les normes UL 1973 et UL 9540 ?
La norme CEI 62619 est une norme internationale de sécurité relative aux piles et batteries au lithium secondaires utilisées dans des applications industrielles (notamment le stockage stationnaire, les télécommunications et les équipements de propulsion). Bien que la norme CEI 62619 partage certains concepts d’essais de mise en situation d’abus avec la norme UL 1973 et qu’elle soit largement exigée sur les marchés européens, asiatiques et internationaux, un rapport d’essai conforme à la norme CEI 62619 ne saurait à lui seul se substituer à une homologation UL 1973 ou UL 9540 dans les juridictions nord-américaines appliquant le NEC, CEC ou NFPA 855.
En quoi les exigences en matière de certification et d'approvisionnement des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) diffèrent-elles entre les États-Unis, le Canada et l'Amérique du Nord ?
Aux États-Unis, les installations sont régies par le Code national de l'électricité (NEC, article 706), le Code international de prévention des incendies (IFC) et la norme NFPA 855, sur la base de certifications délivrées par des laboratoires NRTL agréés par l'OSHA (testés selon des normes telles que UL 1973 et UL 9540). Au Canada, les installations doivent être conformes au Code canadien de l'électricité (CEC, partie I) et aux codes provinciaux de prévention des incendies, ce qui nécessite des marques de certification acceptées par les autorités provinciales d'inspection électrique et délivrées par des organismes de certification accrédités par le Conseil canadien des normes (SCC), tels que CSA, cUL ou cETL, évaluées selon des normes binationales harmonisées (notamment ANSI/CAN/UL 1973 et ANSI/CAN/UL 9540) et les normes nationales canadiennes applicables. Pour les achats transfrontaliers en Amérique du Nord, les acheteurs doivent spécifier des marques de certification doubles États-Unis/Canada (cULus, cETLus ou CSA c/us) couvrant le modèle exact du système.
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Pour obtenir les autorisations nécessaires et souscrire une assurance commerciale pour les installations de batteries en Amérique du Nord, il est indispensable d’harmoniser la documentation relative aux cellules, aux modules, aux systèmes de contrôle et à l’ensemble du système avant que les équipements ne quittent l’usine. Le choix de plateformes de stockage dont les données d’essais de résistance aux conditions extrêmes ont été vérifiées et dont le périmètre de certification est transparent permet d’éviter que les délais d’obtention des autorisations ne compromettent le calendrier des projets.
Lors de votre demande de devis (RFQ) et de votre analyse technique, contactez MegSolid’s équipe d'ingénieurs pour vérifier les rapports d'essais NRTL spécifiques à chaque modèle, les champs d'application des normes applicables et les matrices de compatibilité PCS pour la juridiction de votre choix :
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