中国储能网讯:我国首部储能用锂电池安全强制性国家标准《电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求》(20214450-Q-339)正式下达,目前该标准经过多轮讨论、征求意见和审查,已提交报批即将发布。
由于正式稿还未公开公布,我们从征求意见稿(以下简称“文件”)出发进行分析。
适用范围:文件适用于风光配储、家庭储能、并/离网大容量储能等电能存储系统用锂蓄电池和电池组(额定能量通常在100kWh以上)。重点内容提炼如下:
锂蓄电池和电池组导致的危险包括:漏液、起火、爆炸、过热及电击。
文件主要从电池电安全、环境安全、电池组系统电安全3个方面进行规定,在特定外部刺激下电池/电池组系统需要做到不起火、不爆炸、不漏液。
电池电安全试验:高温外部短路、过充电、强制放电
电池充满电后,达到57℃±4℃后放置30min,电池温度下降值达到峰值温升的80%或短接时间达到6h后,观察1h,电池应不起火、不爆炸。
用制造商规定的最大充电电流充电,当充电至1.5倍的充电上限电压后持续恒压充电1h或总充电时间达到1.5h时,电池应不起火、不爆炸。
环境安全试验:低气压、温度循环、震动、加速度冲击、重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落
电池按试验要求充满电后进行环境安全试验,在一定低气压、温度循环、震动、加速度冲击下,电池需不起火、不爆炸、不漏液。
在重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落等一定情况下,电池需不起火、不爆炸。
电池组系统电安全试验:过压充电控制、欠压放电控制、过流充电控制、短路保护、反向连接保护、过热控制
用推荐最大充电电流充电,充电电压设置为超过充电上限电压的1.1倍,3次测试,数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。样品在测试过程中能正常工作,BMU/BMS应在电池超过充电上限电压前终止充电,电池组/系统不起火,不爆炸。
漏液:可见的液体电解质的漏出
起火:从电池、模块、电池包或电池组系统发出的持续时间大于1s的火焰
爆炸:电池或电池组的外壳剧烈破裂并且固体组件抛射出来产生的失效现象
热失控:由放热反应引起的电池发生不可控温升的现象
电池电安全
高温外部短路/过充电/强制放电时
不起火、不爆炸
高温外部短路
电池充满电后,放置在57℃±4℃的环境中,待电池达到57℃±4℃后放置30min,然后用导线连接电池正负极端,并确保全部外部电阻不高于5mΩ。当a)电池温度下降值达到峰值温升的80%或b)短接时间达到6h后(有争议时选较严者),观察1h,电池应不起火、不爆炸。
过充电
将电池充满电后,用制造商规定的最大充电电流充电。当充电至1.5倍的充电上限电压后持续恒压充电1h或总充电时间达到1.5h时,电池应不起火、不爆炸。
强制放电
将电池按照4.5.2规定的试验方法放完电后,以1ItA的电流进行反向充电至负的充电上限电压(-Uup),反向充电时间共计90min。
如果在反向充电90min内,电压达到负的充电上限电压(-Uup),应当通过减小电流保持该电压继续进行反向充电,反向充电共计90min后终止试验,如图2情况1所示。
如果在反向充电90min内,电压未达到负的充电上限电压(-Uup),则反向充电共计90min后终止试验,如图2情况2所示。电池应不起火、不爆炸。
电池环境安全
震动/加速度冲击/挤压/针刺/跌落时
不起火、不爆炸
电池按试验要求充满电后进行环境安全试验,包括低气压、温度循环、震动、加速度冲击、重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落等,在规定条件下电池需不起火、不爆炸、不漏液。
低气压
将电池充满电后,将电池放置于20℃±5℃的真空箱中,抽真空将箱内压强降低至11.6kPa,并保持6h。电池应不起火、不爆炸、不漏液。
温度循环
将电池充满电后,将电池放置于20℃±5℃的可控温的箱体中,重复以下两个步骤,共循环10次,电池应不起火、不爆炸、不漏液。
a)将实验箱温度升为72℃±2℃,并保持6h,温度转换时间不大于30min;
b)然后将实验箱温度降为-40℃±2℃,并保持6h,温度转换时间不大于30min;
对于大型电池,暴露于极端试验温度的时间至少应为12h。
震动
将电池充满电后,将样品紧固在振动试验台上,进行正弦振动测试,每个方向进行12个循环,每个方向循环时间共计3h的振动。圆柱型电池按照其轴向和径向两个方向进行振动试验,方型电池和软包装电池按照三个相互垂直的方向进行振动试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。
加速度冲击
电池充满电后,固定在冲击台上,进行半正弦脉冲冲击实验,峰值加速度为150gn±25gn,脉冲持续时间为6ms±1ms。大型电池应经受峰值加速度50gn±8gn、脉冲持续时间11ms±2ms的半正波冲击。电池每个方向进行三次加速度冲击试验,接着在反方向进行三次加速度冲击试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。
重物冲击
将电池按规定充满电,静置10min,再按照规定的试验方法放出额定容量的50%后,将电池置于平台表面,将直径为15.8mm+0.1mm的金属棒横置在电池几何中心上表面,采用重量为9.1kg+0.1kg的重物从610 mm+25mm的高处自由落体状态撞击放有金属棒的样品表面,重物冲击试验中圆柱型电池和方型电池电池放置示意图如图4所示,软包装电池参考方型电池。并观察6 h。电池应不起火、不爆炸。
挤压
将电池按规定方法充满电后,将电池置于两个平面内,垂直于极板方向进行挤压,两平板间施加13.0kN±0.78kN的挤压力,挤压电池的速度为0.1mm/s。一旦压力达到最大值或电池的电压下降三分之一,即可停止挤压试验。试验过程中电池应防止发生外部短路。挤压平面板尺寸应能覆盖样品的被挤平面。试验后观察1h。电池应不起火、不爆炸。
针刺
将电池按规定的方法充满电后,用8mm的耐高温钢针(如钨钢,针尖的圆锥角为45°)、以1mm/s的速度,从垂直于电池极板的方向贯穿,贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心,钢针停留在电池中,观察1h。电池应不起火、不爆炸。
热滥用
将电池按规定的方法充满电后,将电池放入试验箱中。试验箱试验环境温度以(5±2)℃/min的温升速率进行升温,当箱内温度达到(130±2)℃后恒温,并持续1h。电池应不起火、不爆炸。
跌落
按下表方式进行跌落测试,试验后观察1h。样品应不起火、不爆炸。
电池组/电池组系统电安全
过压充电/欠压放电/过流充电/过热控制
不起火、不爆炸
电池组系统电安全试验项目包括过压充电控制、欠压放电控制、过流充电控制、短路保护、反向连接保护、过热控制。
过压充电控制

将样品按照规定的试验方法放完电后,用推荐最大充电电流充电,充电电压设置为超过充电上限电压的1.1倍。充电至BMU/BMS终止充电。将样品进行3次测试。
数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS在电池超过充电上限电压前终止充电,不起火,不爆炸。试验过程中保护系统符合保护策略发生不可恢复性的断路也可判定为合格。
欠压放电控制
将样品按规定的试验方法充满电后,以0.2ItA放电至额定容量的30%。然后以规定的最大放电电流进行放电。BMU/BMS在电池放电至放电截止电压前终止放电。进行3次测试。
数据采集/监视设备应在放电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS应采取动作切断放电电流。不起火,不爆炸。
过流充电控制
将样品按照规定的试验方法放完电后,用超过最大充电电流20%的电流进行充电。将样品进行3次测试。数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS应发现过流充电并将充电电流控制在最大充电电流以下(包括切断充放电回路)。不起火,不爆炸。
短路保护
将样品按定的试验方法充满电。样品放置在室温下,直至样品温度稳定在25℃±5℃。短路样品的正负极端子,外部短路电阻为(30mΩ±10mΩ)×模块结构系数(电池串联数/电池并联数),或不大于5mΩ,取较高值。并确保全部外部电阻不高于100mΩ。试验过程中监测电池温度变化,当出现以下两种情形之一时,试验终止:
a)外壳温度下降值达到峰值温升的80%;
b)短接时间达到6h。
不破裂、不起火、不爆炸。当有争议时,a)和b)选较严者。
反向连接保护
将样品按规定的试验方法充满电后,以0.2ItA放电至由电池组系统制造商规定的运输或维护的荷电状态。如有可能,切断BMS和电池组系统的主电源。反接电池组系统的中一个样品,电池组系统中的其他样品保持正确的极性。打开BMS和电池组系统的主电源。以制造商规定的条件对电池组系统进行充电,直至充满或保护功能停止充电。电池组系统应放置1h。如果电池组系统可以进行放电,以制造商规定的最大放电电流进行放电,直至电池组系统终止放电。电池组系统应放置1h。如果电池组系统无法进行放电,则放置1h,而不进行放电。不破裂,不起火,不爆炸。
过热控制
将样品按规定的试验方法放完电后,然后将样品按照推荐的电流充电至额定容量的50%。使样品的温度上升至比最大工作温度高5℃,在此高温下继续充电至BMS终止充电。数据采集/监视设备应在试验结束后保持1 h(如BMS终止充电)。
BMU/BMS应发现过高温度并终止充电。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。