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隨著新型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)的滲透率逐年增長(zhǎng)，其安全性問題也備受關(guān)注。本文以GB/T 36276《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》的新舊標(biāo)準(zhǔn)為研究對(duì)象，解讀新舊標(biāo)準(zhǔn)存在的差異，結(jié)合某企業(yè)儲(chǔ)能產(chǎn)品在新標(biāo)準(zhǔn)下的測(cè)試數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析了電池模塊的初始充放電性能、倍率性能、高低溫適應(yīng)性等性能特點(diǎn)。研究結(jié)果表明，相較于舊標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求更加嚴(yán)格，在不同層級(jí)均增加了新的測(cè)試項(xiàng)目，確保電池在復(fù)雜多變的環(huán)境中保持高度穩(wěn)定性。此外，實(shí)測(cè)的儲(chǔ)能產(chǎn)品基本滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文深入剖析新舊標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵差異與現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)測(cè)表現(xiàn)，旨在為企業(yè)在新標(biāo)準(zhǔn)下的生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供思路。

 

引言

 

在“雙碳”目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型的雙重驅(qū)動(dòng)下，電力儲(chǔ)能技術(shù)作為平衡電網(wǎng)需求、提高能源利用效率的重要手段，深刻影響儲(chǔ)能產(chǎn)品的技術(shù)革新和安全性能的全面升級(jí)。鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率較低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能電站、電動(dòng)汽車及低空經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域。然而，隨著儲(chǔ)能電站規(guī)模不斷擴(kuò)大和應(yīng)用場(chǎng)景日益復(fù)雜，對(duì)鋰離子電池的性能和安全要求也愈發(fā)嚴(yán)格。

 

為規(guī)范和指導(dǎo)電力儲(chǔ)能用鋰離子電池的生產(chǎn)和應(yīng)用，我國(guó)于2019年1月1日正式頒布GB/T 36276-2018《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在電池單體、電池模塊和電池簇進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，包括規(guī)格、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則等方面，為電力儲(chǔ)能用鋰離子電池的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和檢測(cè)、運(yùn)行、維護(hù)和檢修規(guī)則等方面提供了重要依據(jù)。盡管GB/T 36276-2018標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)了儲(chǔ)能安全監(jiān)管，但仍有大量安全事故頻，如2021年4月16日位于北京“大紅門”儲(chǔ)能電站發(fā)生起火爆炸，事故造成1人遇難，2名消防員犧牲。儲(chǔ)能電池市場(chǎng)的快速發(fā)展和技術(shù)不斷進(jìn)步，舊標(biāo)準(zhǔn)在某些方面已難以滿足當(dāng)前需求，特別是在安全性、耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。

 

基于此，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2023年12月28日發(fā)布了最新的GB/T 36276-2023《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》，該標(biāo)準(zhǔn)在2024年7月1日起正式實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)在保持舊版本基本結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，對(duì)技術(shù)條件和測(cè)試要求進(jìn)行了全面的升級(jí)和完善，尤其是新增過載、振動(dòng)、高海拔絕緣性與耐壓性能等六項(xiàng)安全性能試驗(yàn)，同時(shí)刪除了多項(xiàng)試驗(yàn)的測(cè)試方法以及技術(shù)要求，有效解決了舊版使用方法存在得到試驗(yàn)流程不明確、技術(shù)要求不合理、數(shù)據(jù)指導(dǎo)價(jià)值較低等問題。

 

本文通過系統(tǒng)性地對(duì)比和分析GB/T 36276-2023和GB/T 36276-2018這兩個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)，深入剖析新舊標(biāo)準(zhǔn)在不同層級(jí)的關(guān)鍵差異，同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能產(chǎn)品依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)開展檢測(cè)，結(jié)合重要性能指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，揭示標(biāo)準(zhǔn)更新要點(diǎn)，助力企業(yè)在新標(biāo)背景下及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

新舊標(biāo)準(zhǔn)差異分析

 

1、基本差異

 

1.適用范圍增大

舊版標(biāo)準(zhǔn)僅適用于電池單體和電池模塊，而新版標(biāo)準(zhǔn)將電池簇納入使用范圍內(nèi)。

 

2.樣品數(shù)量和周期

新版標(biāo)準(zhǔn)單體、電池模塊和電池簇的樣品型式試驗(yàn)數(shù)量增多，周期加長(zhǎng)，如表1所示。

表1 樣品數(shù)量和測(cè)試周期

 

3.編碼

新版標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)格”更改為“編碼”，增加了電池正/負(fù)極材料、電解質(zhì)類型、殼體類型、電池冷卻方式、電池型號(hào)5項(xiàng)信息。

 

4.工作環(huán)境

新標(biāo)準(zhǔn)增電池工作環(huán)境溫度、濕度、海拔等要求。

 

5.外觀、尺寸和質(zhì)量檢驗(yàn)

新增尺寸偏差與質(zhì)量偏差的定量技術(shù)要求，增加了體積能量密度和質(zhì)量能量密度的要求。

 

6.試驗(yàn)線路連接

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行電池模塊的電性能測(cè)試時(shí)應(yīng)“電池模塊和電池單體的正負(fù)極與試驗(yàn)設(shè)備通過電壓數(shù)據(jù)采樣線連接，形成電壓數(shù)據(jù)采集回路”，即模塊單體電壓采集使用直采模式，不再允許使用Can通訊采集。

 

2、關(guān)鍵差異

 

1.術(shù)語新增循環(huán)次數(shù)定義

新版標(biāo)準(zhǔn)增加了額定功率充放電循環(huán)次數(shù)定義，即規(guī)定條件下電池以額定充放電功率循環(huán)充放電時(shí)，充放電能量衰減至額定充放電能量時(shí)的循環(huán)次數(shù)保證值。該項(xiàng)術(shù)語的增加意味著電池制造商在電池設(shè)計(jì)初期不僅要考慮如何提高電池容量，還要想辦法減緩電池衰減，這無疑表現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池的性能要求更嚴(yán)格。

 

2.測(cè)試項(xiàng)目

為了清晰對(duì)比新舊版標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試項(xiàng)目的差異，列出新舊標(biāo)準(zhǔn)的新增或刪除項(xiàng)目、具體參數(shù)變化，歸類了電池不同層級(jí)的適用范圍，并逐一進(jìn)行詳細(xì)討論與分析。

首先電池單體新增了45 ℃和5 ℃的初始充放電能量測(cè)試，同時(shí)新增了高海拔、功率特性試驗(yàn)及4P過載試驗(yàn)，對(duì)容量保持率要求也更為嚴(yán)格，具體表現(xiàn)為能量保持與能量恢復(fù)為在45 ℃下靜置30 天，在50% SOC狀態(tài)下50 ℃下存放30 天驗(yàn)證貯存特性。

 

其次，電池模塊在初始充放電能量項(xiàng)目上與電池單體相同，新增了在45 ℃和5 ℃的初始充放電能量測(cè)試。此外，還新增了高海拔絕緣性能試驗(yàn)、高海拔耐壓性能試驗(yàn)、振動(dòng)性能試驗(yàn)及液冷管路耐壓性能試驗(yàn)。對(duì)電池老化、擠壓、跌落方面都加深了技術(shù)要求，值得注意的是，對(duì)電池模塊級(jí)別的熱擴(kuò)散性能也進(jìn)行了明確規(guī)定，具體的要求電池模塊內(nèi)任一電池單體溫度升高后溫度升高后，不應(yīng)出發(fā)其他電池單體發(fā)生熱失控，不應(yīng)起火、爆炸。這也進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)電池?zé)岚踩I(lǐng)域的監(jiān)督和管理。

 

最后電池簇的測(cè)試項(xiàng)目新增了安全保護(hù)功能試驗(yàn)、高海拔絕緣性試驗(yàn)、高海拔耐壓性能試驗(yàn)及液冷管路耐壓試驗(yàn)，由此可見針對(duì)電池簇的極端環(huán)境適應(yīng)要求也更高，新增液冷管路耐壓試驗(yàn)和安全保護(hù)功能試驗(yàn)的目的也是進(jìn)一步加強(qiáng)電池的整體安全性。

 

由此可知，在電池不同層級(jí)測(cè)試中，電池在變溫下的初始充放電性能、倍率性能、能量保持率、高低溫適應(yīng)性及貯存性能備受關(guān)注，由于鋰離子電池在低溫工作環(huán)境下，電解液黏度會(huì)增大，鋰離子遷移阻力變大，導(dǎo)致電性能顯著下降，具體表現(xiàn)為充電時(shí)間延長(zhǎng)、充放電量減少、電池容量變小以及掉電速度加快，這直接影響新能源汽車的續(xù)駛里程。而當(dāng)電池處于高溫環(huán)境中時(shí)，鋰離子遷移過程容易發(fā)熱，這會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度升高，可能引發(fā)一系列負(fù)面效應(yīng)，如電池老化加速、容量損失、副反應(yīng)增多等，因此在電池測(cè)試中，對(duì)鋰離子電池在不同溫度條件下的性能表現(xiàn)、貯存特性、高溫和低溫環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行全面評(píng)估至關(guān)重要。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有助于了解電池在不同使用環(huán)境下的適應(yīng)性和可靠性，為電池的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供重要參考。

表2 電池不同層級(jí)的測(cè)試項(xiàng)目對(duì)比情況

 

儲(chǔ)能產(chǎn)品實(shí)測(cè)結(jié)果

 

為進(jìn)一步評(píng)估新標(biāo)準(zhǔn)下現(xiàn)有儲(chǔ)能產(chǎn)品是否滿足要求，對(duì)某企業(yè)的儲(chǔ)能電池產(chǎn)品的模塊開展GB/T 36276-2023測(cè)試，重點(diǎn)關(guān)注不同溫度下的初始充放電性能、倍率性能、能量保持率、高低溫適應(yīng)性及貯存性能這幾個(gè)關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)目的結(jié)果。常溫、高低溫下電池的容量測(cè)試結(jié)果如圖1所示，由圖1（a）中可知該模塊的平均能量效率大于94.4%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從圖1（b）高低溫測(cè)試結(jié)果中可知電池隨溫度升高其能量密度也不斷增大，在45 ℃時(shí)表現(xiàn)最佳，這是由于溫度升高會(huì)加快電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率、內(nèi)阻下降及鋰離子遷移率增大，從而提高了電池的能量密度。圖1（c）充放電極差平均值不大于初始充放電能量平均值的4.5%，也符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求。此次新標(biāo)增加了5 ℃和45 ℃的溫度測(cè)試是為了更全面的評(píng)估電池產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、性能符合性、可靠性和效率要求，確保電池在實(shí)際應(yīng)用中的安全性和穩(wěn)定性。

 

針對(duì)新標(biāo)中模塊倍率性能的改變主要包括測(cè)試工況和能量效率的提升，目的是為了滿足市場(chǎng)對(duì)高性能電池的需求，同時(shí)提高電池安全和可靠性。如圖2所示，以恒定功率P進(jìn)行倍率放電時(shí)，能量效率大于90%，而在2P 條件下，充放電能量保持率均大于95%，其中充電能量保持率為103.7%，放電能量保持率為99.3%，符合新標(biāo)測(cè)試要求。

圖1 常溫、高低溫下電池的容量測(cè)試結(jié)果

圖2 電池倍率性能

隨著新型電池材料研發(fā)，原有能量保持能力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)可能無法準(zhǔn)確反映電池的實(shí)際情況，標(biāo)準(zhǔn)更新目的是提高電池的能量保持能力，為消費(fèi)者和制造商提供更可靠的參考。由圖3可知，該模塊充電能量恢復(fù)率為98%，大于新標(biāo)準(zhǔn)要求的95%，放電能量恢復(fù)率為99.2%，大于新標(biāo)準(zhǔn)要求的95%，該模塊的容量保持率表現(xiàn)優(yōu)異。

圖3 電池能量保持能力

新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池高低溫適應(yīng)性測(cè)試變更是為了確保電力儲(chǔ)能用鋰離子電池在極端溫度條件下的性能和安全性。如圖4所示，該模塊在高溫靜置后能量效率為95.4%，大于新標(biāo)準(zhǔn)要求的94%，而在低溫靜置后能量效率為95.4%，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的94%，該模塊表現(xiàn)出優(yōu)異的高低溫穩(wěn)定性。

圖4 電池高低溫適應(yīng)性

為了確保電池在長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存過程中能夠保持良好的電性能和安全性，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池的貯存性能也提出了更高的要求。如圖5所示，該模塊在30天后的充放電能量恢復(fù)率均＞95%，其中充電能量恢復(fù)率為97.1%，放電能量恢復(fù)率為98.5%，符合新標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)要求。

圖5 電池貯存性能

此外，需要絕熱溫升特性，新標(biāo)中規(guī)定電池單體絕熱溫升特性應(yīng)滿足下列要求：a）表面溫度小于或等于電池單體高溫一級(jí)報(bào)警溫度時(shí)，溫升速率小于0.02 ℃/min；b）不起火，不爆炸，不在防爆閥或泄壓點(diǎn)之外的位置發(fā)生破裂。由此可見，電池的熱失控測(cè)試也更為嚴(yán)苛。

 

總    結(jié)

 

本文以GB/T 36276標(biāo)準(zhǔn)的新舊差異為研究對(duì)象，結(jié)合了某企業(yè)儲(chǔ)能產(chǎn)品的關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行了分析，闡明了當(dāng)前新標(biāo)的測(cè)試項(xiàng)目更新要點(diǎn)和新規(guī)下產(chǎn)品的合格情況。主要的總結(jié)如下：

1）新標(biāo)準(zhǔn)在單體、模塊、電池簇的不同層級(jí)都進(jìn)行了更新，尤其是針對(duì)高低溫電性能、倍率性能、貯存性能、能量保持能力熱失控等方面拔高了測(cè)試要求。

 

2）新標(biāo)準(zhǔn)下該企業(yè)的儲(chǔ)能產(chǎn)品滿足要求，表現(xiàn)出良好的電性能。

 

3）在產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊，建議注重電池壽命和熱管理，持續(xù)關(guān)注國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)自主研發(fā)，推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

 

引用本文：

 

王昆樺,黃鯤,張思瑤，陳澤彥，陳軍，唐昕雅.GB/T 36276《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》新舊標(biāo)準(zhǔn)差異研究[J].環(huán)境技術(shù),2024,42(10):39-44.