電力儲能用鋰離子電池（極化電容）檢測技術(shù)-編制說明

一、項(xiàng)目背景相對于抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和超導(dǎo)儲能，電化學(xué)儲能是目前發(fā)展最為迅速的儲能技術(shù)。常用的大規(guī)模電力儲能電池有鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池（鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰電池），其中鋰離子電池憑借其能量轉(zhuǎn)化效率高、儲能密度大、循環(huán)壽命長、自放電率低及單體電壓高等突出優(yōu)點(diǎn)，在新能源體系中最受青睞，據(jù)GTMResearch預(yù)測，直到2022年，全球鋰離子電池儲能裝機(jī)量都將以55%的復(fù)合年增長率擴(kuò)張。電力儲能用鋰離子電池組是由成百上千個(gè)電池單體串并聯(lián)組成的，由于制作工藝的差異，即使同一批次出廠的同一型號電池的容量、內(nèi)阻等參數(shù)值也不可能完全一致。在使用中，由于電池組中各個(gè)電池的溫度、通風(fēng)條件、自放電程度、電解液密度等差別的影響，在一定程度上增加了電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致性，容易引起模塊內(nèi)單體電池過充或過放，極大地減小了電池組的可用容量和循環(huán)壽命，造成電池組的實(shí)際壽命遠(yuǎn)低于電池單體的理論壽命，耐久性變差，甚至?xí)鸢踩允鹿实陌l(fā)生，同時(shí)鋰離子電池的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)非常獨(dú)特和體系復(fù)雜，涉及到了熱力學(xué)、動力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)、組元間相互作用與反應(yīng)、表界面反應(yīng)等方面，致使其在移動及高溫的環(huán)境下容易發(fā)生電池脹氣甚至氣體泄漏、冒煙，以至于起火等嚴(yán)重的熱失控現(xiàn)象，電池的熱失控所引發(fā)的冒煙、著火、爆炸等安全事故一直是困擾電力儲能鋰電池發(fā)展的一大問題?；阡囯x子電池的電力儲能裝置雖然在智能電網(wǎng)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但電力儲能通常具有容量大，環(huán)境溫度多變的特點(diǎn)，必須采取相應(yīng)措施對電力儲能裝置中鋰離子電池進(jìn)行安全特性分析和有效管理，刻畫電力儲能鋰離子電池化學(xué)機(jī)理與電池內(nèi)部動態(tài)的關(guān)系，建立體現(xiàn)容量衰減和安全特性關(guān)系的模型，探索電池友好充電機(jī)制實(shí)現(xiàn)快速無損充電，以提高鋰離子電池及儲能裝置的安全特性和使用經(jīng)濟(jì)性。極化電容作為電化學(xué)儲能鋰離子電池的內(nèi)特性表征參數(shù)能準(zhǔn)確反映鋰離子電池受外界環(huán)境因素的影響和自身的老化進(jìn)程，在儲能電站的正常運(yùn)行過程中，若能準(zhǔn)確測試極化電容的大小勢必能為電池安全運(yùn)行的估計(jì)提高準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)是電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要支撐。但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系缺乏整體規(guī)劃，存在技術(shù)不統(tǒng)一、方法不統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，對反映電池老化的內(nèi)特性表征參數(shù)極化電容的測試暫無規(guī)范，致使儲能電池系統(tǒng)容量不達(dá)標(biāo)、循環(huán)壽命、健康狀態(tài)等關(guān)鍵性能參數(shù)無法準(zhǔn)確監(jiān)測，國內(nèi)外儲能電站到電動汽車，起火事故頻繁發(fā)生；同時(shí)，所提出的儲能標(biāo)準(zhǔn)體系框架仍無法滿足儲能行業(yè)發(fā)展的新需求，對于消防安全、儲能系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)等重要環(huán)節(jié)沒有涵蓋。綜上分析，正在制定的國標(biāo)、行標(biāo)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在以下問題：①部分標(biāo)準(zhǔn)缺乏科學(xué)性：如正在制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《大容量電池儲能站監(jiān)控單元與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議》，對于4種電池類型、2種常用通訊接口、2種常用通信協(xié)議，存在多種具體通信協(xié)議，該標(biāo)準(zhǔn)的制定不可能將全部通信協(xié)議列舉和細(xì)化；②部分標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)性：如正在制定的《大容量電池儲能站電池管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、《大容量電池儲能站蓄電池技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，均將電池儲能電站的范圍僅限于鋰離子電池，而其它類電池都沒有包含，如鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池等，以偏概全；③標(biāo)準(zhǔn)之間邏輯性缺乏：如正在制定的國家標(biāo)準(zhǔn)《電網(wǎng)配置儲能系統(tǒng)通用技術(shù)條件》包含各種設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)與測試方法，與其它分類設(shè)備的技術(shù)條件、測試方法等標(biāo)準(zhǔn)重疊。同時(shí)，儲能系統(tǒng)中各分設(shè)備的系列標(biāo)準(zhǔn)仍在補(bǔ)充完善，系統(tǒng)評估、運(yùn)行與維護(hù)和調(diào)度控制系列標(biāo)準(zhǔn)處于研討過程中，缺乏對儲能電站在線集成監(jiān)測方法的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，長沙理工大學(xué)、國網(wǎng)湖南電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院和湖南省計(jì)量檢測研究院等單位，聯(lián)合開展電力儲能用鋰離子電池（極化電容）監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的申請與制定工作，以滿足現(xiàn)今電化學(xué)儲能的發(fā)展建設(shè)與運(yùn)行要求。二、工作簡況1任務(wù)來源2022年，由長沙理工大學(xué)申請地方標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，湖南省市場監(jiān)督管理局批準(zhǔn)《電力儲能用鋰離子電池（極化電容）檢測技術(shù)》地方標(biāo)準(zhǔn)的制定。2起草單位、協(xié)作單位起草單位：長沙理工大學(xué)。協(xié)作單位：國網(wǎng)湖南電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、湖南省計(jì)量檢測研究院、湖南經(jīng)研電力設(shè)計(jì)有限公司、湖南省工商大學(xué)、中天儲能科技有限公司、浙江南都電源動力股份有限公司。3主要起草人序號姓名性別職務(wù)/職稱從事專業(yè)項(xiàng)目任務(wù)分工1夏向陽男教授儲能電站電池安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)策劃2柏文琦男正高級工程師計(jì)量測試標(biāo)準(zhǔn)策劃3周鮮成男教授儲能電站安全運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)起草4劉文軍男高級工程師電力系統(tǒng)自動化5徐志強(qiáng)男教授級高工儲能與新能源6譚建國男高級工程師/總經(jīng)理助理電力儲能系統(tǒng)集成研發(fā)7范宏軍男中級工程師電力儲能系統(tǒng)集成研發(fā)8賀懿冰女碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制9陳貴全男碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制10岳家輝男碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制11吳雙雙男高級工程師計(jì)量測試12曾小勇男講師儲能電站安全運(yùn)行控制13劉代飛男副教授儲能電站安全運(yùn)行控制14劉雄男碩士研究生儲能與新能源15陳凱平男碩士研究生儲能與新能源16賀燁丹女碩士研究生儲能與新能源17易海淦女碩士研究生儲能與新能源18夏天男碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制19郭源男碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制20廖一丁男碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制21蔣戴宇男碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制22張媛女碩士研究生儲能電站安全運(yùn)行控制23呂崇耿男碩士研究生柔性直流輸電24周晗靚女碩士研究生柔性直流輸電25史子軼女碩士研究生電纜故障診斷主要起草過程立項(xiàng)與撰寫階段：序號時(shí)間段內(nèi)容2021.09（1）分析最新有關(guān)電池儲能安全研究發(fā)展的國內(nèi)外文獻(xiàn)，研究鋰離子電池極化電容變化對大規(guī)模鋰離子電池儲能電站健康狀態(tài)的相關(guān)影響原理和影響程度；（2）準(zhǔn)備電力儲能用鋰離子電池（極化電容）檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的申報(bào)與立項(xiàng)工作。2021.10-2021.12根據(jù)參數(shù)指標(biāo)，對鋰離子電池極化電容在線檢測方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步擬定。2022.01-2022.03（1）提取相關(guān)參數(shù)作為鋰離子電池極化電容計(jì)算的判斷依據(jù)，并對相關(guān)信號檢測和參數(shù)辨識方案進(jìn)行研究和確定；（2）對初步擬定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。2022.04-2022.07完成鋰離子電池極化電容在線檢測方法標(biāo)準(zhǔn)的撰寫。研討階段：2022年6月8日，湖南省長沙理工大學(xué)牽頭組織召開了標(biāo)準(zhǔn)編寫工作座談會。座談會邀請國網(wǎng)湖南省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、湖南經(jīng)研電力設(shè)計(jì)有限公司、湖南省計(jì)量檢測研究院的專家學(xué)者對討論稿進(jìn)行了研討，標(biāo)準(zhǔn)起草組根據(jù)專家意見對討論稿進(jìn)行了集體修改，形成征求意見稿，并編制標(biāo)準(zhǔn)編制說明。四、標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)按照《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》、《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法實(shí)施條例》的要求，按照GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》的規(guī)定，立足我省儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)圍繞儲能電池實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測技術(shù)，以相關(guān)科研成果為依據(jù)，通過查閱文獻(xiàn)資料和標(biāo)準(zhǔn)，組織專家論證而制定。主要條款的說明鋰離子電池Thevenin模型（1）現(xiàn)有鋰離子電池健康狀態(tài)檢測方法雖然多種多樣，但大多數(shù)的方法計(jì)算過程相對復(fù)雜多變，難以應(yīng)用。電池的健康狀態(tài)與其內(nèi)特性參數(shù)有強(qiáng)相關(guān)性，因此，本文測量對象確定為極化電容，采用Thevenin模型，通過一個(gè)串聯(lián)電阻和RC網(wǎng)絡(luò)來模擬電池特性，此模型需要辨識的參數(shù)有歐姆內(nèi)阻、極化電阻、極化電容，在恒流放電狀態(tài)下，電壓波形如下所示：本標(biāo)準(zhǔn)通過如下公式對極化電容進(jìn)行辨識：通過極化電容數(shù)值來實(shí)現(xiàn)對電池健康狀態(tài)檢測。（2）考慮極化電容隨溫度變化而產(chǎn)生的變化，為了便于規(guī)范，溫度范圍設(shè)定為25±0.5℃。（3）通過儲能換流器或能量管理系統(tǒng)設(shè)置SOC的大小進(jìn)行充放電，有效控制電池簇的SOC大小，減少SOC所帶來的檢測誤差，控制精度應(yīng)不超過0.8%。（4）考慮極化電容隨荷電狀態(tài)SOC變化而產(chǎn)生的變化，為了便于規(guī)范，起始放電荷電狀態(tài)規(guī)定在80%左右，放電結(jié)束荷電狀態(tài)規(guī)定在20%。（5）限值標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定：鋰電池容量作為SOH容量定義方法中一個(gè)重要的參數(shù)，反映了鋰電池衰退程度和當(dāng)前的使用壽命狀態(tài)。隨著鋰電池循環(huán)次數(shù)的增加，鋰電池容量會逐漸下降，當(dāng)下降至80%時(shí)，認(rèn)定鋰電池壽命終止。因此，以該種類電池容量在80%的時(shí)候，此時(shí)極化電容的大小作為限值。（6）本標(biāo)準(zhǔn)共分6節(jié)，主要包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、測試條件與要求、檢測步驟與結(jié)果和檢測內(nèi)容報(bào)告。標(biāo)準(zhǔn)的第1章“范圍”明確給出了全部規(guī)定內(nèi)容和適用范圍。標(biāo)準(zhǔn)的第2章“規(guī)范性引用文件”匯集了標(biāo)準(zhǔn)編寫所引用的主要國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是引用標(biāo)準(zhǔn)的清單。這些國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)的編寫提供了依據(jù)和準(zhǔn)則。標(biāo)準(zhǔn)的第3章“術(shù)語和定義”對標(biāo)準(zhǔn)中的重要名稱進(jìn)行了解釋。標(biāo)準(zhǔn)的第4章明確了測試條件與要求。標(biāo)準(zhǔn)的第5章是標(biāo)準(zhǔn)的重要部分。對檢測步驟、檢測結(jié)果及分析進(jìn)行了描述和規(guī)定，該章主要規(guī)范性內(nèi)容均參考或直接引用了國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)的第6章明確了檢測報(bào)告的內(nèi)容。六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證及預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效果極化電容作為一種十分有效的鋰離子電池健康狀態(tài)檢測參數(shù)，通過對它進(jìn)行檢測可更深層次的對鋰離子電池安全特性的動態(tài)進(jìn)行分析與評估，現(xiàn)有國標(biāo)、行標(biāo)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都有所提及，對電池壽命預(yù)測、健康狀態(tài)評估等方面有著積極作用。因此開展對該參數(shù)規(guī)范檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)化，解決所存在的科學(xué)性、系統(tǒng)性與邏輯性問題，對于大規(guī)模儲能電站的規(guī)范化發(fā)展著積極推動作用。七、重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)制定過程中未出現(xiàn)重大分歧意見。八、標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)的建議說明（推薦性標(biāo)準(zhǔn)還是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)）建議《電力儲能用鋰離子電池（極化電容）檢測技術(shù)》作為推薦性地方標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施。九、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求、措施和建議1、在實(shí)施前保證標(biāo)準(zhǔn)文本的充足供應(yīng)，讓每個(gè)使用對象都能及時(shí)得到標(biāo)準(zhǔn)文本，這是保證新標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施的基礎(chǔ)。2、發(fā)布后、實(shí)施前應(yīng)將信息在網(wǎng)上公開發(fā)布，進(jìn)行廣泛而有效的宣傳。十、廢止現(xiàn)行相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)的建議本標(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。十一、其他應(yīng)予以說明的事項(xiàng)主要參考資料：GB/T8897.4-2008原電池第4部分：鋰電池的安全提示GB/T34131—2017電化學(xué)儲能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范GB/T36549-2018電化學(xué)儲能電站運(yùn)行指標(biāo)及評價(jià)GB/T3