中國儲能網(wǎng)訊：5月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。本次大會主題是“堅(jiān)守儲能安全底線，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。
在5月25日上午的“儲能安全與標(biāo)準(zhǔn)檢測認(rèn)證”專場，中檢集團(tuán)南方測試股份有限公司資深技術(shù)經(jīng)理盧劍分享了主題報(bào)告《儲能系統(tǒng)測試與功能安全概述》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
盧劍：各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓朋友，大家上午好！我是來自中檢南方的項(xiàng)目工程師。中檢南方在2004年開始進(jìn)入鋰電池標(biāo)準(zhǔn)檢測領(lǐng)域，以消費(fèi)類電池為入口，在2015、2016年開始往儲能/動力電池、光伏、變流器等新能源產(chǎn)品類別發(fā)展，提升檢測能力。
我今天分享的主題是《儲能系統(tǒng)測試與功能安全介紹》，我的主題主要是圍繞國內(nèi)檢測標(biāo)準(zhǔn)和具體的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容來做簡單的介紹。分享主題分為兩部分：一、儲能系統(tǒng)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹；二、儲能系統(tǒng)測試與功能安全介紹。
一、儲能系統(tǒng)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹
儲能系統(tǒng)主要分幾大核心部分：儲能電池、變流器系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，我主要從PCS、BMS和電池管理系統(tǒng)三部分來介紹。
儲能系統(tǒng)相關(guān)的主要國家標(biāo)準(zhǔn)，剛才已經(jīng)大概有了解到，主要分為儲能系統(tǒng)的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和儲能電池標(biāo)準(zhǔn)，還有變流器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還有一些鉛酸電池相對儲能系統(tǒng)應(yīng)用比較少，所以就沒有列出來。
1.儲能電池，目前在國內(nèi)主要是鋰電池，主要分為三個層級來對電池、電池簇、電阻系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測，分為電芯、模組、電池簇三個部分。檢測項(xiàng)目主要是電性能和壽命測試包括充放電能量/容量，還有倍率充放電能量/容量、高低溫、存儲、循環(huán)；第二部分是電安全測試，包括過充、過放、短路、強(qiáng)制放電、耐壓、絕緣；第三是環(huán)境安全測試，主要是低氣壓、跌落、鹽霧、加熱、熱失控的項(xiàng)目。
首先我們以36276為標(biāo)準(zhǔn)介紹儲能電池最常見的項(xiàng)目。36276里面有標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語定義，這跟我們平時叫倍率充放電電流規(guī)格有點(diǎn)不同，它會定義額定充放電小時率n/n,，就是說這個n是要由企業(yè)自己提供的。如果n是大于1的話，這個電池就屬于能量型電池；如果n小于等于1，就是功率型電池，標(biāo)準(zhǔn)對功率型電池和能量型電池的測試要求是不一樣的。首先是能量測試，它有一個定義是n小時額定充電功率和n小時額定放電功率，如果之前做動力或者消費(fèi)型電池的企業(yè)就很難理解有這種參數(shù)，這種參數(shù)就是在進(jìn)行檢測認(rèn)證的時候，首先檢測機(jī)構(gòu)會讓你提供相關(guān)的資料。一般我們簡單地說，如果n是1，那就是1倍率，相當(dāng)于你用最大的功率一小時內(nèi)可以充滿電池的能量。如果是功率型的話，一般是0.5，那就是0.5小時以最大功率充電，可以把這個電池單體或者電池包充滿。能量測試的測試過程就是簡單地做充放電處置，然后常溫?cái)R置，再進(jìn)行循環(huán)，再用額定充電功率充滿，再用額定放電功率放完，再循環(huán)兩次，再記錄它充放電過程中的檢測數(shù)據(jù)。倍率性能，因?yàn)?6276只是說電力儲能用的電池標(biāo)準(zhǔn)，沒有區(qū)分是哪一類電池，但如果很多是三元電池的話，倍率性能或者循環(huán)壽命是很難達(dá)到的。倍率性能，如果是4P放電能量要保持在90%，能量效率（充電和放電比值，放電/充進(jìn)去的能量和放出去的能量的比值），它有規(guī)定要求，如果是能量型的，能量效率不能低于88%，如果是功率型就不能低于82%。高低溫項(xiàng)目是針對電池在高低溫環(huán)境下存儲，因?yàn)閮δ茈姵叵鄬ぷ鳝h(huán)境沒有像動力那么苛刻，它最低溫度在5度存儲，最高溫度在45度存儲，不像有一些消費(fèi)電池是負(fù)10度、負(fù)15度，它工作環(huán)境相對比較穩(wěn)定。然后是典型的性能項(xiàng)目，就是循環(huán)壽命，如果是針對單體，單體如果是能量型的要進(jìn)行一千次以上的循環(huán)實(shí)驗(yàn)，如果是功率型要進(jìn)行兩千次。能量型一千次循環(huán)壽命之后，能量保持率不能低于90%，功率型不能低于80%。但是這個標(biāo)準(zhǔn)也有對模塊循環(huán)壽命測試，模塊壽命就沒有說要1000次、2000次的yaoq，模塊循環(huán)壽命檢測標(biāo)準(zhǔn)只要進(jìn)行500次和1000次。所以這個循環(huán)壽命能達(dá)到2000的，如果用三元電池的話，基本上目前很難達(dá)到。但如果磷酸鐵鋰的話，有些八九千次循環(huán)后能保證80%的，應(yīng)該很多企業(yè)也能做到。
2.安全項(xiàng)目。因?yàn)檎麄€儲能工作環(huán)境比較穩(wěn)定，它沒有振動沖擊的項(xiàng)目，包括沒有一些運(yùn)輸測試項(xiàng)目。它也是分電芯、模組和電池簇三部分，電芯的主要項(xiàng)目是絕熱溫升，溫升速率也是很緩慢，0.5℃/min。如果其他類別的電池，可能至少是5℃/min的溫升速率做循環(huán)。過充、過放、短路、擠壓（13KN，區(qū)別于動力電池最低200KN），包括電芯、模組的擠壓都是用13KN。如果是動力電池的模組，就是根據(jù)串聯(lián)的級數(shù)，擠壓力值要乘以串聯(lián)級數(shù)。包括模組，模組和電池簇里面有一些電安全項(xiàng)目，就是絕緣、耐壓和鹽霧、高溫高濕、熱失控，熱失控與電芯熱失控測試方法類似。因?yàn)榭紤]到模組里面的評判要求。簡單地說，擠壓、熱失控、過充、過放，基本的測試方法與其他類別的電池是一樣的，只是它的具體測試參數(shù)不同。
我現(xiàn)在介紹儲能系統(tǒng)的第二部分儲能變流器，我們目前在國內(nèi)也做了很多CQC的證書。儲能變流器主要用兩個標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 34120、34133，這兩個標(biāo)準(zhǔn)會同時結(jié)合使用，34120是判定要求，34133是具體的測試方法。實(shí)驗(yàn)室在對變流器進(jìn)行檢測的時候，會結(jié)合這兩個標(biāo)準(zhǔn)同時使用。這兩個標(biāo)準(zhǔn)上面寫適用范圍是直流側(cè)電壓不超過1000V，但因?yàn)楝F(xiàn)在很多變流器會應(yīng)用到直流側(cè)電壓會超過1000V的情況，因?yàn)轫?xiàng)目里面也講到如果你做一些耐壓的時候，包括直流側(cè)電壓，它會考核到超過1000V的條件。所以目前來講超過1000V或者1500V都可以參照這個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。
這是變流器的一些檢測項(xiàng)目。因?yàn)槟壳皝碇v這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋內(nèi)容都很齊全，總共27個項(xiàng)目，涵蓋功能、安全、性能、環(huán)境，基本都有，我就不具體再介紹。但是這里面比較重要的項(xiàng)目是一些過載能力和效率、功能要求，功能要求也是變流器的一個基本要求，控制充放電、控制能量效率、功率調(diào)節(jié)、并離網(wǎng)的功率切換，還有一些環(huán)境溫升要求，我就不再詳細(xì)介紹。
第三部分，介紹電池管理系統(tǒng)BMS的功能安全。BMS功能安全在國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)體系來講普遍都是缺乏對BMS這塊的標(biāo)準(zhǔn)要求。儲能電站的國標(biāo)一般就是用GB/T 34133，這里面主要是功能要求，它沒有對具體的管理系統(tǒng)的生命周期進(jìn)行考核，只是一些功能要求。然后是國際儲能的要求，包括我們做IEC 62619，IEC 62619里面針對電池組的功能安全這一塊，更多的還是性能，它里面所講到的功能安全還是要引用其他標(biāo)準(zhǔn)，它也沒有說具體引用什么標(biāo)準(zhǔn)。一般我們來做CB認(rèn)證的時候，我們會用IEC60730進(jìn)行考核，就是對它的軟件、硬件以及框架進(jìn)行考核。然后是ICE61508，這是應(yīng)用比較早、應(yīng)用最廣泛的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，它是一個電子/電氣/可編程控制的相關(guān)系統(tǒng)的功能安全要求。這是GB/T 34133的功能要求，首先是功能要求，然后是測量要求、計(jì)算要求，應(yīng)該能夠估算電池充放電能量池、最大充放電電流，還有一些電氣保護(hù)/管理功能，充放電要進(jìn)行有效管理，要具備過壓、過充、欠壓等基本安全保護(hù)。它有一些特殊的事件記錄功能，還有存儲功能、顯示功能，這些都是基本功能要求。
我們簡單介紹IEC 62619的測試項(xiàng)目，因?yàn)樗槍﹄姵毓芾硐到y(tǒng)這一塊只有四個項(xiàng)目：過充電壓控制、過充電流控制、過熱控制、熱蔓延，熱蔓延，你可以做電池組的熱蔓延項(xiàng)目，也可以選電芯做內(nèi)部短路項(xiàng)目。過充電壓控制是一個功能性能測試，就是對BMS進(jìn)行過壓充電，監(jiān)測這里面單個電芯電壓會不會超過限定電壓，或者我對單個電芯充電， BMS會不會監(jiān)測到單個電芯的電壓值有升高，然后有保護(hù)電路的動作。過充電流控制也是，就是把放完電的電池組用20%的最大充電電流一直充電至停止，它要檢測每一節(jié)電芯的最大輸入電流值。過熱控制就是我把電池組放在比電池組工作溫度還要高5度的工作環(huán)境，再監(jiān)測每一個電芯的溫度值。如果外部環(huán)境溫度升高，我的電池組保護(hù)電路會不會動作？有些BMS沒有監(jiān)測到每一個電芯，可能只是典型的每一個電芯模組包括哪一面，包括發(fā)熱量比較大的一面會有缺失或者沒有監(jiān)測到位。所以這種模組做測試的時候就容易不合格。
第四個項(xiàng)目是熱蔓延，也叫熱傳導(dǎo)和內(nèi)部短路，這是可以由企業(yè)從兩個里面選擇一個項(xiàng)目進(jìn)行檢測。一般內(nèi)部短路就完全是引用消費(fèi)類電池IEC 62133里面的內(nèi)部短路的測試方法，它只是測試前處理?xiàng)l件沒有那么復(fù)雜。熱傳導(dǎo)的簡單測試方法，就是我把充滿電的電池加熱其中單個電芯，直到單個點(diǎn)電芯發(fā)生熱失控，我再觀察電池系統(tǒng)是否會起火，然后電池組的外殼不能破裂。內(nèi)部短路比較復(fù)雜的是前處理，因?yàn)樗诟叩蜏貤l件下充放電處理，充放電處理之后放置鎳片，然后再取出來，再在高低溫箱里面進(jìn)行擠壓，再監(jiān)測擠壓力值和電壓降和溫升，這個項(xiàng)目的要求就是電池測試后不起火。這是實(shí)驗(yàn)室在測試過程中的擺放圖，就是做完處理之后進(jìn)行拆解后的電芯進(jìn)行擠壓測試。
第三點(diǎn)，我們就講功能安全這一塊，因?yàn)閮δ芟到y(tǒng)整個國內(nèi)針對功能安全的評估整體都缺失，不是很齊全。功能安全最基本的標(biāo)準(zhǔn)也是應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)就是IEC 61508，從61508里面衍生來的其他標(biāo)準(zhǔn)，包括ISO 26262，ISO 26262是汽車功能安全的標(biāo)準(zhǔn)，但是針對儲能這塊，儲能是沒有單獨(dú)針對全生命周期進(jìn)行安全評估的標(biāo)準(zhǔn)。如果我們做IEC的檢測認(rèn)證，我們可能會用IEC 60730對BMS的硬件和軟件，包括硬件結(jié)構(gòu)、框架進(jìn)行故障率的評估。做功能安全的意義主要是我要評估我這個產(chǎn)品在全生命周期里發(fā)生失效的概率，我要評估它的安全風(fēng)險(xiǎn)等級。因?yàn)?1508是一個通用標(biāo)準(zhǔn)，不僅僅針對某一領(lǐng)域的產(chǎn)品，很多是電子/電氣/可編程的所有系統(tǒng)的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，它分為七部分：1-4部分基本上是標(biāo)準(zhǔn)要求，5-7部分是一些資料性要求。儲能如果做CB的話，目前的60730主要的考核還是引用61508第七章的要求，包括一些軟件建構(gòu)規(guī)范、模塊設(shè)計(jì)規(guī)范和代碼標(biāo)準(zhǔn)，包括軟件模塊測試、軟件安全性驗(yàn)證。但儲能系統(tǒng)目前在功能安全這塊的評估，有些出口企業(yè)可能會要求他們做IEC61508安全完整性等級的評估。但是在國內(nèi)，國標(biāo)框架下還是沒有完整的標(biāo)準(zhǔn)體系。
我今天的簡單介紹就到此為止，謝謝大家！
