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CIES2024|| 中国电科院储能所官亦标:储能电池新国标要点解读及工程应用

作者:中国储能网 来源:中国储能网 发布时间:2024-03-29 浏览:

数字储能网讯:3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。

CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。

3月11日下午,中国电力科学研究院有限公司储能所副所长官亦标受邀在储能检测、认证及标准专场分享主题报告,报告题目为《储能电池新国标要点解读及工程应用》。以下为报告主要内容:

官亦标:各位下午好!今天我为大家分享一下储能电池的新国标、要点解读以及国标在储能工程应用方面的一些作用。因为时间关系,今天只是一个简要的解读,后面标委会会组织专门的标准宣贯。

首先我们从新型储能的总体应用需求角度来看它对储能电池的要求。从宏观层面来说,有四个方面,能用、好用、敢用、用好。能用只是从功能完备性的角度来说的,就是它的功能能满足要求。好用是对设备的性能可靠性有更高的要求。敢用是安全方面要可控,用好是后面怎么运行怎么控制怎么挖掘储能电池的性能潜力,这依赖于后期的管理和运行维护。

从储能电站并网运行要求的角度来说,首先是要确认电站的装机容量,包括额定功率、额定能量、能量效率等。这些关键的应用指标怎么确定?怎么标定?这是比较复杂的事情,不是宣称多少就是多少,这要以公允条件下最终实际能够出来的数为准。在并网性能方面,现在有跟网型、构网型不同类型,在出现电气故障条件下,对应储能电池这部分,能不能满足这些复杂工况的应用要求。比如说像构网型应用,在过载工况下,在故障条件下,对应直流侧的电池系统能不能在电网故障工况或者极限工况下正常工作,这除了跟储能电池的实际性能相关,还与储能电池本身的参数定义密切相关。在环境适应性方面,主要说的是储能设备在自然环境下,风吹日晒、雨雪冰霜、包括风沙、高海拔、高湿热等等,能不能发挥正常的功能和性能。在这方面还有很多欠缺,还缺乏足够的验证。在耐久性方面,对于储能系统的日历寿命、循环寿命的预测和验证也是当前的难题,这个大家都理解。在安全性方面,包括电气、机械、环境、热等的全面安全。最后就是对储能系统状态的确定,这与储能电站的调度运行是直接相关的,只有精准地确定它的状态以后,才能够成为高置信度的被调用对象,这个状态涉及到很多方面,包括历史的状态,静态的状态,运行过程中动态变化的状态。

所有这些方面到现在为止,都存在很多问题或者难题要研究和解决,只有把这些都解决了,储能才会真正发挥应有的作用和价值。

从应用需求层层分解下来,就涉及到我们如何定义储能电池产品,去年12月28日发布了储能电池新国标,今年7月1日正式实施,是非常关键核心的标准。

新国标明确了它的适用范围,可以用于电力储能用锂离子电池的设计、制造、试验、检测、运行维护和检修,从这句话可以看出来,这个标准是我们以应用需求导向定义储能电池产品的重要依据,可以指导产品的设计、制造,也就是说我们要按照从应用需求角度的标准要求去正向设计制造产品,只有这样才能真正满足电力应用的实际需求。

在编码方面,新国标在上一版基础上进行了补充和完善,这里大家可以看到,包括电池的材料体系、电解质的类型等等,我们通过编码的方式把产品信息都公开透明化。比如电解质类型包括液态、固态、固液混合都可以在里面标注,如果是锂电池的固态体系也适用这个标准。

在工作参数要求方面,这是基础和核心,在标准里用了大量的篇幅去规定了电池工作参数,应包含哪些具体参数,应该怎么设定,各个层级之间是什么样的逻辑关系,这是非常细致的工作,对产品的设计定义以及使用过程都是非常关键的。

具体到储能电池产品它的规格参数怎么设定,我们在新版国标里做了详细规定,相对于上一版来说,有更细化的具体参数要求,包括功率、能量、循环次数等,主要强化了对于各个电池层级工作参数限值的要求,像温度、电压包括电压差值、温度差值等等,在什么时候要告警,什么时候做限制性动作,什么时候必须切断保护,分一二三级参数进行控制。

在尺寸和质量方面也提了更高的要求,这个大家容易忽略,尺寸质量的偏差针对上一版有更高的要求,这实际上也体现了储能电池作为规模化生产的标准工业产品,制造能力或者制造水平也能反映在尺寸和质量的偏差控制里面。

在功率能量的定义方面,新国标的修订原则遵从DL/T 2528-2022《电力储能基本术语》标准的规定,在术语标准里对电池充放电功率、时间和能量,都有明确的规定。一旦定义或者设定了储能电池的额定功率、额定能量,意味着全寿命周期内都要满足,并且能持续运行。如果不能满足全生命周期的要求就不叫额定功率也不叫额定容量,这是相对上一版标准比较大的变化。

新国标新增了功率特性检验项目,专门针对储能电池设置了不同功率条件下的能量标定,同一款电池、同一个型号产品,根据市场需求或者客户不同需求,可以明确小于额定功率条件下产品对应的能量是多少,通过一系列的标定给出系列值,如果说需要降功率承诺产品性能,从标准角度提供了标定的依据。

在能量效率方面,新国标的要求有提升,从单体到模块到簇是递增的,如果没有参与这个标准编制大家会有疑问,这实际上是站在应用需求角度设定的指标要求,而不是站在某一个具体产品角度去看待这个问题,从应用的角度和需求角度当然希望能达到百分之百的理想效率,但是实际上达不到,需求和技术的现实要有平衡。所以我们从整站的角度,比如说希望整站效率达到90%,或者88%,我们去倒推电池系统、电池簇等各个层级的效率至少要达到多少,比如电池簇设定到95%,这样再往下递减。为什么模块和单体效率设定的低一些,这有多重考虑,最重要的是我们通过指标要求去倒逼整个电池系统的设计,引导如何去定义电池系统的关键工作参数,从单体到系统在工作参数层面就要层层压缩,这是为了保证最终整个储能电站的安全也好、寿命也好、效率也好都能够达到最终的实际效果,为储能电站整体运行效果提供充足的裕度,另一方面,对于部件层级的模块、单体的效率要求放低,可以把工作参数范围设定得宽一些,也是为了保障在全寿命周期范围内、在特定运行边界条件下能够充分挖掘储能电池的作用潜力。总之能量效率的指标设定要求是从兼顾需求与现实、潜力与裕度角度综合考虑的,不是仅仅从某个具体产品角度考虑的。

在循环性能方面,新国标也有很大的变化,在2018年版的国标只是要求保持率,循环一千次看能量保持率多少,但从实际应用角度,包括遵从术语标准的规定,按照全寿命周期保证额定值的原则,重新设定了对循环性能的要求以及检验的方法。把额定功率条件下的循环次数作为储能电池产品的一个设计值。在检验的时候,把这个循环次数设计值和额定功率、额定能量关联起来,就是说在确定额定功率、额定能量的设计值时还要同时考虑循环次数的设计值,可以设定6000次、8000次、1万次,可以按照自身技术水平结合市场需求以及企业战略,灵活设计储能电池产品,设计和承诺的循环次数越多,理论上每次循环可以衰减的能量就越小,与一定循环次数的实测值进行比对,通过这种方式去认定宣称的循环次数是否有效、是否经得起检验。这样就形成了对设计值或承诺值的约束和标定,在一定程度上解决了之前盲目宣称或承诺循环次数以及无法验证的痛点问题。另外,类似于功率特性的检验项目,新国标在循环性能检验过程中也把同款产品不同能量对应的标称循环次数也会做推算,比如说额定100Wh,希望定义到80Wh,对应的标称循环次数会提升,那它到底是多少,通过实际检验把它推算出来,最后得到同一款产品设定成不同的能量对应的循环次数标称值是多少,从一定程度上也解决了同款产品设定不同的能量值时如何检验标定的问题。

在安全与可靠性方面,新国标有很多新的变化,首先特别提醒新国标增加的一个重要的细节要求,在所有安全性能检验项目,当然也包括所有其他性能检验项目,都要求试验过程中不应该在防爆阀或者泄压点之外的位置发生破裂,硬壳电池在防爆阀之外、软包电池在泄压点之外发生破裂,说明设计制造是有问题的,将判定为检验结果不合格,这个细化要求对储能电池的安全设计制造提出了更高的要求。

对于绝热温升特性,跟上一版国标相比就不再是简单的数据搜集,而是在试验过程中电池表面温度达到一级报警温度时,增加了对温升速率的技术要求,这是对储能电池热安全性的量化要求。

对于热失控性能,新国标要求在全寿命周期内,当达到热失控的判定条件时,电池表面温度应大于90℃,就是要求储能电池发生热失控时的温度不能太低,越高越好,这是体现安全性非常重要的指标,也是能体现电池设计制造技术水平的一个重要的量化指标。对于热失控具体试验方法,相对于2018版,由充电以后再加热修订为充电同时启动加热,这是为了能更快更彻底地触发电池热失控,这是检验过程需要达到的目的。还有一个很大的变化就是,新国标增加了循环以后的热失控要求,做完循环性能试验,还要再次进行热失控性能试验,仍然要达到新电池的要求,这在一定程度上体现了全寿命周期内都要满足安全性能的实际应用要求,这对储能电池的安全设计制造提出了更高要求。        

对于模块热失控扩散性能,新国标增加了热失控扩散试验后的绝缘性能检验,这对实际工程应用来说,也是非常重要的,要从模块的设计层面去考虑发生热失控以后,比如有漏液的情况,仍然能保证基本的绝缘性能要求。

对于其他的安全可靠性要求,主要有短路性能,新国标最大的变化是对于电池模块,要求在两种外部短路电阻条件下要同时满足要求,就是所谓的软短路和硬短路两个层面对电池模块的短路安全性能提出了更高要求。另外新国标还新增了模块的振动性能、液冷管路的耐压性能、高海拔的绝缘性能等等,也是为了更全面地满足新的技术和特殊应用场景的检验要求。

对于倍率充放电性能,新国标把2倍倍率保留为电气性能要求,把4倍倍率调整到过载安全性能要求。这体现了对于储能电池额定值的强化确认和检验,因为我们在标准里设置再多的技术要求和检验项目,对储能电池的性能,特别是对于寿命、可靠性等长期性能的验证手段是有限的,2倍倍率性能达到一定指标是对额定值的强化确认,不管是2倍还是4倍,仅仅是一次性检验项目,不是说通过2倍4倍的一次检验,在实际使用时就有2倍4倍的能力,不是这个概念,这是容易混淆的。如果说要宣称能实际运行到2倍,那应将2倍重新设定为额定值进行全面的检验,其中包含要满足4倍的一次性能检验要求,这才能认可2倍的实际运行性能。

为满足工程应用需求,在新国标里明确了抽检规则,对储能电池的安全质量管控来说是最关键的环节,因为不管是型式检验还是后面的并网检测,都不能直接验证实际供货储能电池的真实技术性能。

标准对高质量的储能工程项目建设来说起到了巨大的支撑作用,在储能工程建设全环节都会涉及到标准的应用。比如规划设计、可研、设备选型,怎么提专业全面的技术要求,怎么对产品的安全质量进行验收,验收的具体方案怎么设计,设备选型的依据是什么,这都涉及到我们根据标准检验以后产生的报告记载的参数及结果数据进行确认和比对。

我今天的分享就到这,谢谢。

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关键字:储能电池

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