GB/T 36276-2018《電力儲能用鋰離子電池》
官亦標
中國電力科學研究院有限公司，新能源與儲能運行控制國家重點實驗室
一、編制背景
隨著電池儲能應用規(guī)模逐漸增加，暴露出儲能系統(tǒng)在質(zhì)量和安全方面存在諸多問題和風險，對于電力系統(tǒng)來說，電池儲能是一個新生事物，目前不能把它當做一個完全可靠完全成熟的標準化設備，一旦出現(xiàn)風險，責任重大，對相關方、對整個行業(yè)的影響巨大。主要原因在于電池具有不同于一般電力系統(tǒng)元件（物理器件）的特殊性和復雜性，特殊性主要體現(xiàn)在其內(nèi)部的化學體系決定其固有潛在安全隱患，復雜性主要體現(xiàn)在其性能及其影響因素復雜多變，不同的標準不同的測試條件會得到不同的電池質(zhì)量與安全測試評價結(jié)果。另外，儲能電池與動力電池在應用需求、測試方法、關鍵性能、安全要求、標準適用等方面存在巨大的差異，動力電池行業(yè)的相關標準及應用管理經(jīng)驗不適用于儲能行業(yè)，電池儲能設備投運前若不能嚴格有效地執(zhí)行適用于儲能應用需求的標準，若不能實現(xiàn)事前、事中、事后全環(huán)節(jié)閉環(huán)監(jiān)管，對于電池儲能電站的安全可靠和高效穩(wěn)定運行來說將是巨大的隱患。
從電池儲能的結(jié)構(gòu)層級角度，電池單體串并聯(lián)組成電池模塊，電池模塊串并聯(lián)組成電池簇，電池簇并聯(lián)組成電池儲能系統(tǒng)，電池儲能系統(tǒng)并聯(lián)組成電池儲能電站，各個層級扮演不同的角色和作用，層層嚴格檢驗并確保電池工作參數(shù)和性能指標符合正確邏輯地逐級傳遞，是一個有機的整體，缺一不可，是保障電池儲能系統(tǒng)符合相關標準要求以及從根本上提升電池儲能電站整體質(zhì)量和安全的關鍵。
電池單體是電池儲能系統(tǒng)的最小組成單元，直接反映電池制造技術水平，其性能特別是循環(huán)性能與熱失控等安全性能是電池儲能系統(tǒng)整體質(zhì)量和安全的基石，對電池單體進行標準化檢驗是為了從根源上保障電池儲能電站整體的質(zhì)量與安全。
電池模塊是電池儲能系統(tǒng)的最小模塊化單元，直接反映電池分選配組及模塊化制造技術水平，其性能特別是循環(huán)性能和熱失控擴散等安全性能是電池儲能系統(tǒng)整體性能的基礎，也是最能直觀反映系統(tǒng)整體性能的最小模塊化單元，對電池模塊進行標準化檢驗是為了保障電池模塊層級的質(zhì)量與安全設計水平。
電池簇是電池儲能系統(tǒng)的功能化單元，直接反映電池系統(tǒng)集成和電池管理技術水平，其性能特別是初始充放電能量以及能量效率是系統(tǒng)整體性能的關鍵因素，直接決定了系統(tǒng)各項功能和性能指標的實現(xiàn)，對電池簇進行標準化檢驗是為了保障電池工作參數(shù)及性能指標的逐級正確傳遞以及電池簇層級的設計制造水平。
電池儲能系統(tǒng)（預制艙式電池儲能系統(tǒng)）是電池儲能電站最小可獨立運行的系統(tǒng)化單元，直接反映儲能系統(tǒng)集成與管理技術水平，其性能特別是初始充放電能量、能量效率等基本性能以及高低電壓穿越等涉網(wǎng)性能直接決定電池儲能電站的整體質(zhì)量和安全，對電池儲能系統(tǒng)進行標準化檢驗是為了保障電池工作參數(shù)及性能指標的逐級正確傳遞以及電池儲能系統(tǒng)層級的質(zhì)量與安全。
本標準的編制即是針對電力儲能用鋰離子電池單體、電池模塊、電池簇，考慮了儲能電池與動力電池在應用需求、測試方法、關鍵性能、安全要求、標準適用等方面的差異，兼顧電力儲能應用需求和鋰離子電池技術發(fā)展水平，為鋰離子電池在電力儲能應用制定了基本性能、循環(huán)性能、安全性能方面的門檻性要求，側(cè)重點在于對電池關鍵參數(shù)的定義和性能測試方法更貼近電力儲能應用實際條件。電池儲能系統(tǒng)中與電池直接相關的標準要求在電化學儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)相關標準中規(guī)定，由此形成從電池核心部件到系統(tǒng)的閉環(huán)標準體系。
本標準的編制工作組涵蓋了電力用戶、科研機構(gòu)、主流電池企業(yè)，在標準編制過程中，參編單位對相關技術指標及技術要求的確定進行了摸底測試，充分融合了實際應用需求與電池技術水平現(xiàn)狀。
二、編制過程
2015.12：在北京召開了標準編制工作啟動會，確立工作的總體目標，成立編制工作組，制定標準編制大綱和工作計劃。
2016.04：在寧德召開大綱審查會。標準編制組在充分調(diào)研國內(nèi)外電力儲能相關標準和電池技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，組織研討本標準編寫框架。
2016.06：在洛陽召開第一次編制組工作會議。會議邀請了相關專家，重點討論并明確了儲能電池的層級劃分及定義。
2016.08：在深圳召開第二次編制組工作會議。會議重點討論了相關名詞術語以及各個層級電池測試內(nèi)容。
2016.12：在珠海召開第三次工作組會議。會議詳細討論了各個層級電池的技術指標以及測試方法，各參編單位開展實際測試并驗證相關指標的合理性。
2017.03：在惠州召開第四次工作組會議。編制組對標準初稿內(nèi)容達成一致意見，形成標準征求意見稿。
2017.04：在網(wǎng)上發(fā)布公開征求意見稿，同時定向征求相關單位意見，根據(jù)各單位反饋意見，編制小組對意見進行了匯總處理，并對征求意見稿進行了修改完善，形成標準送審稿。
2017.05：在北京召開標準送審稿審查會。
三、標準編制的主要特點和重要內(nèi)容解讀
本標準與動力電池等其他行業(yè)標準相比具有鮮明的儲能應用特色，編制思維更貼近儲能應用實際需求，注重追根溯源，關注從電池單體、電池模塊、電池簇到電池系統(tǒng)層級的關鍵工作參數(shù)以及性能的逐級傳遞和正確的邏輯關系，對電池各個層級都提出了明確要求，呈現(xiàn)的有效信息充足，拒絕模糊地帶，可以滿足當前行業(yè)發(fā)展階段對儲能電池的測試評價需求。
本標準對保障現(xiàn)階段儲能電池的應用質(zhì)量與安全將起到關鍵作用，主要解決了以下九個方面的問題和痛點：
（1）解決電池容量標注的問題：按照電力系統(tǒng)實際運行的容量（W/Wh)標注電池技術規(guī)格，而不是傳統(tǒng)的容量（A/Ah)。
本標準定義了電池單體、電池模塊、電池簇三個層級，進一步定義了額定充放電功率/能量等術語及相應的符號，突出了電力儲能應用需要明確的電池功率、能量等關鍵信息，對規(guī)格信息的標示統(tǒng)一了要求，明確用于電力儲能的鋰離子電池需要標示出標稱電壓、額定充放電功率、額定充放電能量等最關鍵的技術規(guī)格信息。
（2）解決測試評價條件與實際應用條件脫節(jié)的問題：以功率-能量（W-Wh）作為測試評價條件，放棄傳統(tǒng)的電流-容量（A-Ah）測試評價條件。
標準里提出的技術指標要求反映了在功率法評價體系下電池面向應用條件的真實技術水平。
（3）解決充放電能力對等問題：將充電性能和放電性能置于同等地位，分別提出技術要求并展示信息。
對于充電性能和放電性能存在差異的產(chǎn)品來說，通過該標準要求充分展現(xiàn)全面的技術信息，解決信息不對稱問題。
（4）以全方位綜合技術性能要求約束電池額定值、工作參數(shù)的設定及安全可靠性設計：通過倍率、濫用安全等性能要求傳導至設計制造環(huán)節(jié)重視安全可靠性設計。
累計42個試驗項目，從基本性能、循環(huán)性能、安全性能三方面對電池各個層級提出了全面的技術要求；標準設置的試驗項目是相互制約、自成體系的綜合技術要求，每個電池層級全部試驗項目合格才能滿足型式試驗合格的要求；要兼顧所有的技術性能指標，需全面考慮電池相關的組成結(jié)構(gòu)、工藝、熱管理、電管理、連接件等方面的設計和生產(chǎn)控制。
其中倍率性能要求的作用，首先是限制不理性地定義額定功率等關鍵控制參數(shù)值，其次也與安全可靠性關聯(lián)；安全存在概率問題，運行存在突發(fā)濫用情況，標準和檢測本身不是目的，而是通過標準和檢測的約束傳導至設計制造環(huán)節(jié)要重視安全可靠性設計、研發(fā)及品控等，通過加強設計（如散熱、連接）而不是偷工減料讓產(chǎn)品安全風險回歸正常概率；支撐突發(fā)失控及濫用條件下的安全可靠性；支撐系統(tǒng)的多年壽命以及安全可靠性保證。
（5）以電池單體、電池模塊層級的循環(huán)性能要求作為電池壽命的統(tǒng)一評判標準，可滿足對系統(tǒng)壽命的期望。
循環(huán)性能按照最嚴苛的滿充滿放條件評價，相對于實際運行工況屬于加速測試，可以向下兼容淺充淺放條件的壽命期望。目前對電池系統(tǒng)層級提出的壽命要求只能說是一種壽命期望，電池系統(tǒng)層級的壽命目前階段不方便直接驗證，未來將通過全尺寸儲能系統(tǒng)實證平臺結(jié)合建模來解決系統(tǒng)層級壽命評估的問題；標準里規(guī)定了電池單體、電池模塊層級的滿充滿放條件下的循環(huán)壽命要求，是對系統(tǒng)理論壽命做出預期的統(tǒng)一評判標準，可傳導至電池設計制造環(huán)節(jié)，以對電池本體壽命的保證滿足用戶對系統(tǒng)壽命的期望。
滿充滿放條件下電池本體的壽命是所有充放電深度條件下壽命的下限值，可用來預期電池系統(tǒng)滿充滿放條件下壽命理論上限值，可向下兼容實際工況條件下系統(tǒng)的壽命預期；目前標準設定的循環(huán)壽命技術要求基本可以覆蓋實際運行工況壽命需求，輔以定期容量考核可以保證用戶權(quán)益；非滿充滿放條件下的壽命評價目前難以形成統(tǒng)一的標準，比如工況曲線及對電池的普適性難以明確，也無法向上兼容滿充滿放條件下系統(tǒng)的壽命預期。
（6）排除技術路線風險以及設計制造技術和品質(zhì)控制不過關的風險：強化對電池單體、電池模塊熱失控安全性能的要求，以電池單體、電池模塊層級的安全性能要求從根源上為儲能電池規(guī)?；瘧檬刈“踩拙€。
從電觸發(fā)、機械觸發(fā)、環(huán)境觸發(fā)、熱觸發(fā)不同的角度對電池本體熱失控安全性能提出了全面的要求，要求電池在觸發(fā)熱失控的條件下不起火不爆炸。通過國標安全試驗可以篩選出滿足儲能應用安全要求的電池產(chǎn)品；安全測試是一票否決，可從根源上為儲能電池規(guī)?；瘧迷O置安全準入門檻；通過安全標準要求可以排除電池技術路線的風險、排除設計和制造技術不過關的風險，降低風險發(fā)生概率至正常水平，即使突發(fā)極端濫用情況也能守住不起火不爆炸的底線。
（7）消解電池技術選型的困惑：不限制電池的技術類型和技術特點，只要滿足標準規(guī)定的全部技術指標要求，都可以同臺競技，實現(xiàn)將技術問題交給標準、將經(jīng)濟性問題交給市場。
通過以下標n表示的充放電小時率來體現(xiàn)開放和不歧視的原則，僅用標準來衡量，在確定的技術規(guī)格參數(shù)條件下，考察電池的基本性能、循環(huán)性能、安全性能是否全面滿足標準要求，不再糾結(jié)于具體的電池材料體系、電池的外殼類型（硬殼、軟包、圓柱）、容量大小、倍率大小、能量密度、是否梯次利用等，讓電池技術選型有據(jù)可依。
例如，電池的“C”應是由制造商自行把握的設計和學術語言，用戶沒有必要干涉或過度關心所謂的“多少C”，在規(guī)劃設計、可研、采購、評審等環(huán)節(jié)過多干涉非必要性的技術細節(jié)，可能帶來錯誤引導，并使技術陷入呆滯。理論上任意“C”的電池都能組成用戶需要的系統(tǒng)容量，用戶只需清晰明確系統(tǒng)總?cè)萘浚ǔ?放電功率/能量額定值）、效率、安全等應用需求，并明確場地面積、承重、預算等邊界條件即可，剩下的是系統(tǒng)集成商對照明確的需求和邊界條件按照技術現(xiàn)實和經(jīng)濟性的平衡原則去自由選擇，用戶按照統(tǒng)一的標準要求對供應商提供的方案開展全環(huán)節(jié)實際檢驗和驗證。
（8）解決電池關鍵控制參數(shù)不明確的問題：設定電池單體、電池模塊、電池簇遞進的產(chǎn)品層級，對它們分別進行測試評價既相對獨立又互為補充，形成一個有機的整體，明確電池實際運行電壓和溫度限值設定值應與型式試驗的設定值保持一致，且應唯一，確保電池工作參數(shù)及性能逐級傳遞且符合正確的邏輯關系。
電池各個層級要全面滿足標準型式試驗技術要求，各層級工作/性能參數(shù)應唯一確定且符合邏輯地傳遞，各層級工作/性能參數(shù)應逐級收斂。具體來說，應符合下列要求：
（9）解決電池有效信息不足、信息不對稱的問題：以詳實的數(shù)據(jù)記錄表的形式記錄電池技術規(guī)格信息以及試驗過程中重要的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，使技術性能指標之間不再孤立，避免出現(xiàn)片面和誤導的情形。
除了提出明確的技術要求的性能指標外，本標準注重在試驗數(shù)據(jù)記錄方面提供豐富的全面技術信息，例如電壓差、溫度差等電池一致性指標以及能量密度、不同試驗條件下的能量效率等性能指標在型式試驗報告中均有記錄，作為重要的標準化技術數(shù)據(jù)參考，用戶可以依據(jù)記錄的測試結(jié)果在供需雙方技術約定中提出相關性能指標的具體要求。
四、標準在儲能電池全環(huán)節(jié)質(zhì)量與安全技術監(jiān)督檢驗中的應用
前已述及，電池具有不同于一般電力系統(tǒng)元件（物理器件）的特殊性和復雜性，對電池性能的評判嚴重依賴于統(tǒng)一的標準條件以及針對具體產(chǎn)品的全面實測數(shù)據(jù)。因此，只有全環(huán)節(jié)嚴格遵循標準要求并傳導至產(chǎn)品設計制造，才能真正實現(xiàn)標準的價值，才能真正把控電池產(chǎn)品的初始質(zhì)量與安全。這就需要用戶將標準要求作為統(tǒng)一技術依據(jù)體現(xiàn)在規(guī)劃、設計、可研、采購、評審、調(diào)試、驗收、運行等事前事中事后技術監(jiān)督的各個環(huán)節(jié)，且須依據(jù)標準規(guī)定的試驗方法明確全環(huán)節(jié)技術監(jiān)督檢驗具體要求及各環(huán)節(jié)的詳細監(jiān)督檢驗方案，由此才能形成對電池質(zhì)量與安全管控的實質(zhì)性約束，也由此才能傳導至制造商真正將標準的技術要求融入到儲能電池產(chǎn)品的正向設計開發(fā)和批量化生產(chǎn)管控過程。
從理論和實踐來說，電池儲能系統(tǒng)出現(xiàn)安全與質(zhì)量問題的源頭大概率還是看最核心的部件儲能電池在電力系統(tǒng)大規(guī)模集中使用時的表現(xiàn)（容量、壽命、安全、可靠性等），為加強電池儲能設備的質(zhì)量與安全管控、提升電池儲能設備投運前的標準化規(guī)范化水平、降低電池儲能設備運行過程中安全和質(zhì)量風險發(fā)生的概率，需將儲能電池納入全環(huán)節(jié)的質(zhì)量與安全技術監(jiān)督檢驗，將儲能電池的出廠檢驗報告、型式試驗報告和產(chǎn)品性能等級評價證書作為技術評判依據(jù)納入儲能設備采購的事前監(jiān)督統(tǒng)一要求；將儲能電池的到貨抽檢、電池儲能系統(tǒng)并網(wǎng)檢測納入儲能設備質(zhì)量與安全事中監(jiān)督流程；將電池儲能系統(tǒng)運行過程中的充放電能量衰減率、能量效率的運行考核檢測納入儲能設備質(zhì)量事后監(jiān)督流程。實現(xiàn)對投運的涉及到電網(wǎng)運行的電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)儲能設備進行全鏈條全環(huán)節(jié)閉環(huán)管理，引導儲能行業(yè)走向嚴格執(zhí)行儲能標準的規(guī)范化健康可持續(xù)發(fā)展之路。
其中，出廠檢驗是供應商在自有試驗平臺依據(jù)標準要求自行開展的初步質(zhì)量檢驗，檢驗項目有限，僅包含外觀、極性、外形尺寸、初始充放電能量等基礎性的試驗項目，不能覆蓋與電池質(zhì)量與安全相關的關鍵電性能以及安全性能試驗項目。
型式試驗是通過對供應商自行送樣的產(chǎn)品性能進行檢測，檢驗供應商是否具備制造滿足國標要求的儲能電池產(chǎn)品的能力，電池的基本性能、循環(huán)性能、安全性能從根源上決定著儲能電站的質(zhì)量和安全水平，型式試驗可為用戶提供全面且準確的數(shù)據(jù)支撐，為電池技術選型、設備采購評審提供唯一可信的標準化技術信息，解決儲能電池應用過程中的有效信息不足、信息不對稱等痛點問題。
產(chǎn)品性能等級評價是在國標型式試驗檢驗合格的基礎上，結(jié)合對制造商進行生產(chǎn)線產(chǎn)品抽檢的形式，以性能等級劃分的形式結(jié)合詳實的性能數(shù)據(jù)全方位展現(xiàn)和辨識儲能電池產(chǎn)品的質(zhì)量和安全技術水平，直接體現(xiàn)儲能電池產(chǎn)品不同維度技術水平的區(qū)分度，為從根源上解決儲能電池應用時的有效信息不足、信息不對稱和技術比對篩選困難等痛點提供了一個更加便利的技術工具。
到貨抽檢是檢驗供應商實際供貨產(chǎn)品是否滿足國標中的短周期關鍵試驗項目要求以及是否與型式試驗送檢產(chǎn)品性能一致，覆蓋與電池質(zhì)量與安全密切相關的關鍵電性能以及安全性能試驗項目。由于電池的特殊性，無論是電池單體或者電池模塊、電池簇、電池系統(tǒng)，其產(chǎn)品設計、原材料、生產(chǎn)工藝、品控、工作參數(shù)的改變對電池綜合性能的影響巨大，因此對于用戶來說，到貨抽檢是把控電池質(zhì)量和安全的極其重要環(huán)節(jié)，是對供應商主動保證電池初始質(zhì)量與安全的關鍵約束手段。
電池儲能系統(tǒng)并網(wǎng)檢測首先需要驗證儲能電池實際工作參數(shù)與檢測參數(shù)的一致性和合理性，在此基礎上驗證與儲能電池直接相關的儲能系統(tǒng)關鍵指標是否滿足采購要求，檢驗最終投運的儲能系統(tǒng)是否能按照標準方法在標準認定以及雙方技術約定的電池工作參數(shù)條件下達到承諾值，是規(guī)范儲能設備接入電網(wǎng)的先決條件。
電池儲能系統(tǒng)運行考核檢測首先需要核查系統(tǒng)運行過程中電池實際工作參數(shù)與型式試驗參數(shù)的一致性，在此基礎上檢驗核查與儲能電池直接相關的儲能系統(tǒng)的充放電能量衰減率、能量效率等關鍵指標是否滿足合同約定，是對供應商主動保證電池質(zhì)保期內(nèi)質(zhì)量與安全的關鍵約束手段。
