THNSDCHYXH 002-2024 锌铁流电池通 用要求

1ICS29.220.99CCSK82T/HNSDCHYXHGeneralrequirementsforzinc-ironfloI前言 II 2规范性引用文件 3术语和定义 14技术要求 35试验方法 6检验规则 7标志、使用说明书 8包装、运输、贮存 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由长沙理工大学提出。本文件由湖南省电池行业协会归口。本文件主编单位：长沙理工大学本文件参编单位：湖南耕驰新能源科技有限公司湖南创达储能科技有限公司长沙市新材料检验检测产业技术创新战略联盟本文件主要起草人：丁美徐志钊王军强赵毅贾传坤杨丽段海恋1锌铁液流电池通用要求本文件规定了锌铁液流电池的技术要求、试验方法、检验规则、标志、使用说明书、包装、运输和贮存。本文件适用于各种规格锌铁液流电池的通用要求。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2408-2021塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法GB/T9969-2008工业产品使用说明书总则GB/T33339-2016全钒液流电池系统测试方法GB/T50493-2019石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准3术语和定义3.1锌铁液流电池zinc-ironflowbattery以电解液中锌和铁离子间的电化学反应来实现化学能与电能相互转换的储能装置，称锌铁液流电池系统。注：锌铁液流电池系统主要由电堆、电解液、循环单元、热管理单元、储能变流器、电池管理单元、能源管理单元等部分组成。3.2电解液electrolyte锌铁液流电池的储能介质，包括正极活性物质、负极活性物质、正负极支持电解质、溶剂。3.3额定充电功率ratedchargingpower在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池可持续工作一定时间的充电功率。3.4额定放电功率rateddischargingpower在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池可持续工作一定时间的放电功率。3.5额定功率ratedpower2在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池可持续工作一定时间的功率，包括额定充电功率、额定放电功率。3.6额定充电能量ratedchargingenergy在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池以额定充电功率充电至充电终止电压时的瓦时容量。3.7额定放电能量rateddischargingenergy在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池以额定放电功率放电至放电终止电压时的瓦时容量。3.8最大能量maximumenergycapacity100%SOC状态下的锌铁液流电池不受放电功率限制放电直至放电终止电压时所放出的瓦时容量。3.9荷电状态stateofcharge(SOC)锌铁液流电池实际可放出的瓦时容量与最大能量的百分比。3.10能量效率energyefficiency在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池的放电能量与充电能量的比值，用百分数表示。3.11额定能量效率ratedenergyefficiency在额定充放电功率条件下，锌铁液流电池的放电能量与充电能量的比值，用百分数表示。3.12能量保持率energyretention在规定试验条件和试验方法下，锌铁液流电池的放电能量与额定放电能量的比值，用百分数表示。3.13SOC偏差deviationofSOC以锌铁液流电池的SOC显示值为示值，以相应的荷电状态为真值，取二者在10%~90%区间内的绝对误差的最大偏差值来表示SOC准确度，符号表示误差方向，正值表示示值偏大，负值表示示值偏小。3.14基体电极substrateelectrode3碳基（碳毡、碳布、碳纸等）及金属基多孔基体。3.15正极活性物质positiveactivematerial含铁电解液中的铁。3.16锌沉积zincdeposition溶液中的锌酸盐离子通过还原和结晶过程在导电基体表面生成的单质锌层。3.17锌沉积面容量surfacecapacityofzincdeposition锌单质在基体上的沉积量，单位为mAh/cm2。3.18双极板bipolarplate收集传导电流，分隔正负极电解液的导电隔板。4技术要求4.1工作环境除非另有规定，电堆应能在下列环境条件下运行：——运行温度：-10℃~60℃;——压力：86kPa~106kPa；——空气湿度：10%～96%；——海拔：≤2000m。4.2外观外观应保持清洁、平整、无变形，无外伤、无污物，无电解液析出和泄漏现象，且标识清晰、正确、明显。4.3外加压力渗漏测试通气时外加压力≥0.4MPa4.4渗漏电池按本文件5.3进行渗漏试验，外漏应无漏点，15min内内漏压力降应小于测试压力的10%。4.5极性电池极性标识应正确、清晰、明显。44.6外形尺寸及质量外形尺寸（包括具体标准及公差）、质量应与电池技术规格及供需双方约定技术参数一致。4.7运行模式除非另有规定，电堆应在下列运行模式下运行：——恒电流充放电模式；——恒电压充放电模式；——恒功率充放电模式。4.8额定放电能量额定放电能量应不低于产品标出的额定放电能量值。4.9最大能量最大能量应不低于产品标出的最大能量值。4.10额定功率额定功率应不低于产品标出的额定功率值。4.11额定能量效率锌铁液流电池的额定能量效率应不低于70%。4.12能量保持能力电池系统按5.10实验，电池系统能量保持率应不低于95%。4.13额定功率充放电特性曲线锌铁液流电池应提供在额定功率充放电条件下的下列充放电特性曲线：a）充放电能量－时间；b）电压－时间；c）充放电功率－时间。d）SOC－时间。特性曲线的最大偏差的绝对值应不超过5%。54.14充放电特性曲线锌铁液流电池应提供在指定功率充电条件下的充电特性曲线。锌铁液流电池应提供在指定功率放电条件下的放电特性曲线。充放电特性曲线的类别同4.13。特性曲线最大偏差的绝对值应不超过5%。4.15SOC偏差SOC最大偏差的绝对值应不超过5%。4.16绝缘电阻锌铁液流电池的绝缘电阻应不小于1MΩ。4.17氢气浓度储液罐内氢气的体积百分数应低于2%。4.18阻燃性锌铁液流电池的外壳、储罐、管路及内部电极组件应符合GB/T2408-2021中8.4.3HB40（水平级）和9.4V-0（垂直级）的要求。4.19过充电保护锌铁液流电池应具有过充电保护措施。4.20过放电保护锌铁液流电池应具有过放电保护措施。4.21双极板相关要求4.21.1结构尺寸4.21.1.1厚度均匀性要求厚度尺寸偏差应符合以下规定：平均厚度d≤0.4mm时，厚度最大值与最小值的差值≤6%d;0.4<d≤1.0mm时，厚度最大值与最小值的差值≤5%d；d>1.0mm时，厚度最大值与最小值的差值≤4%d。64.21.1.2尺寸偏差长度方向及宽度方向尺寸偏差应≤±1mm。以钢板尺测量材料的长度及宽度。不同规格产品的具体尺寸要求，由供求双方进行协商。4.21.2电性能体积电阻率应≤0.02Ω·cm，垂直双极板面板方向表面电阻应≤0.02Ω·cm²;压强范围0.4MPa~0.6MPa，与碳毡面接触电阻应≤0.05Ω·cm2。~4.21.3机械性能抗弯强度≥30MPa，抗拉强度≥15MPa，抗压强度≥30MPa。4.21.4耐久性腐蚀电流密度≤16μA·cm-2，气体透过率应≤2×10-6cm3·cm-2·s-1，质量变化表征的耐腐蚀性系数应≤±0.5%，厚度变化率及长度、宽度方向下的线性溶胀率应≤±0.5%。5试验方法5.1试验条件5.1.1试验环境试验环境应符合下列要求：除非另有规定，试验应在规定的环境中进行。温度：25℃±5℃压力：86kPa~106kPa空气湿度：10%～96%海拔：≤2000m5.1.2试验装置试验装置应不低于下列要求：——充放电装置：电压、电流、功率的准确度0.1%FS；——环境模拟装置：温度误差为±2℃,湿度误差为±3%，温度波动度±2℃,湿度波动度——时间测量装置：误差为±0.1s；——尺寸测量装置：误差为±1mm；——质量测量装置：准确度0.1%FS，样品测量误差±0.5%；——绝缘电阻测试仪：量程0.01MΩ~10GΩ;——氢气浓度测试仪：误差为±0.1%；——通过国家计量部门校准并在有效期内的功率、电流、电压计量仪器或仪表。5.1.3试验准备试验数据记录应符合下列要求：a）试验开始前，应记录试验样品信息；7b）试验过程中，除另有规定外，试验装置设定的数据采集周期不应大于预估的每个试验步骤的充电或放电时间的1%；c）试验结束时，应记录试验的过程数据和结果数据。5.2外观检测锌铁液流电池的外观检测按照下列步骤进行：a）在良好的光线下，用目测法检查电池的外观；b）记录检测结果；c）外观应符合4.2的要求。5.3渗漏检测锌铁液流电池的渗漏测试按照下列步骤进行：a）将未充电解液的锌铁液流电池出液口处于封闭状态；b）在锌铁液流电池的所有接口处、所有管路连接接头和各个部件连接处（如电极框外侧）涂上渗漏检测液；c）在一定的外加压力下，将检漏气体由锌铁液流电池的进液口通入；d）观察锌铁液流电池是否有冒泡、漏液等渗漏现象；e）记录上述测试过程的检测结果；f）测试结果应符合4.4的要求。5.4极性检测锌铁液流电池的极性检测按照下列步骤进行：a）用电压表检测锌铁液流电池的极性；b）记录检测结果；c）极性应符合4.5的要求。5.5外形尺寸和质量测量锌铁液流电池的外形尺寸和质量测量按照下列步骤进行：a）用量具和衡器测量锌铁液流电池的外形尺寸及质量；b）记录检测结果；c）外形尺寸和质量应符合4.6的要求。5.6额定放电能量试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的额定放电能量试验，其值应符合4.8的要求。a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；8b）铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；b）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；d）锌铁液流电池以额定充电功率进行充电至充电终止电压；e）锌铁液流电池以额定放电功率进行放电至放电终止电压；f）重复a）～e）步骤3次；g）记录锌铁液流电池最后一次充放电循环的放电能量和辅助能耗；h）按式（1）进行结果计算。Ed=Esd-Wsd（1）式中：Ed——锌铁液流电池系统的净放电能量，单位为瓦时（W·h）；Esd——由测量仪器记录的锌铁液流电池最后一次循环的放电能量，单位为瓦时（W·h）；Wsd——由测量仪器记录的锌铁液流电池最后一次循环的辅助设备所消耗的能量，单位为瓦时（W·h）。注：对于辅助能耗由锌铁液流电池自身供应的锌铁液流电池，测量仪器记录的放电能量5.7最大能量试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的最大能量试验，其值应符合4.9的要求。a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；b）锌铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；c）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；d）锌铁液流电池以额定充电功率进行充电至充电终止电压；e）锌铁液流电池以额定放电功率进行放电至放电终止电压A；f）继续以额定放电功率的30%进行放电直至放电终止电压B；g）重复a）～f）步骤3次；h）记录锌铁液流电池最后一次充放电循环的放电能量和辅助能耗；j）按式（2）进行结果计算。Edm=Esdm-Wsdm（2）式中：Edm——锌铁液流电池的净放电能量，单位为瓦时（W·h）；Esdm——由测量仪器记录的锌铁液流电池最后一次循环的放电能量，单位为瓦时（W·h）；注：对于辅助能耗由锌铁液流电池自身供应的锌铁液流电池，测量仪器记录的放电5.8额定充放电功率试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的额定充放电功率试验，其值应符合4.10的要求。a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；b）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；c）锌铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；9d）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压；e）锌铁液流电池以恒功率进行充电直至充电终止电压；f）重复a）～e）步骤3次；g）记录锌铁液流电池充电过程中的最大连续功率，记为测得的额定充电功率。注：测试的额定充电功率数值应大于或等于产5.9额定能量效率试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的额定能量效率试验，其值应符合4.11的要求。a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；b）锌铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；c）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；d）锌铁液流电池以额定充电功率进行充电直至充电终止电压；e）锌铁液流电池以额定放电功率进行放电直至放电终止电压；f）重复a）～e）步骤3次；记录三次充放电循环的充放电能量和辅助能耗；按式（3）进行第n（n=1，2，3）能量效率的计算：Ήn=(Edn-Wdn)/(Ecn+Wcn)×100%（3）式中：Ήn——第n次测试时锌铁液流电池的能量效率；Edn——由测量仪器记录的第n次循环放电过程中的放电能量，单位为瓦时（W·h）；Wdn——由测量仪器记录的第n次循环放电过程中的辅助能耗，单位为瓦时（W·hEcn——由测量仪器记录的第n次循环充电过程中的充电能量，单位为瓦时（W·h）；Wcn——由测量仪器记录的第n次循环充电过程中的辅助能耗，单位为瓦时（W·hg）取三次测试计算的能量效率的最小值为额定能量效率。5.10能量保持能力试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的能量保持能力试验，其值应该符合4.12要求。a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；b）锌铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；c）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；d）锌铁液流电池以额定功率进行充电直至充电终止电压；e）锌铁液流电池以额定功率进行放电直至放电终止电压；f）连续重复a）～e）步骤99次；g）按下式（4）进行能量保持能力的计算：R=Ed/Er×100%（4）式中：R——锌铁液流电池的能量保持率；Ed——锌铁液流电池的净放电能量，单位为瓦时（W·h）；Er——锌铁液流电池的额定放电能量，单位为瓦时（W·h）。5.11充放电特性曲线试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的充电特性曲线的试验，获得的充电特性曲线应该符合4.13和4.14的要求。a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；b）锌铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；c）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；d）锌铁液流电池以恒功率进行充电直至充电终止电压；e）锌铁液流电池以恒功率进行放电直至放电终止电压；f）以5个不同功率值重复a）～e）步骤；g）绘制以下充电特性曲线：充电能量－时间曲线；充电电压－时间曲线；充电功率－时间曲线；SOC－时间曲线。注：以额定功率进行5.12步骤测试即为额5.12SOC偏差试验按GB/T33339-2016中的8.1.13规定进行。测试结果应符合4.15的要求。5.13绝缘电阻试验锌铁液流电池的绝缘性能试验应按照下列步骤进行：a）锌铁液流电池在试验环境下搁置不低于1.5h；b）锌铁液流电池以额定放电功率恒功率放电至电池的放电终止电压，静置30min；c）锌铁液流电池以额定充电功率恒功率充电至电池的充电终止电压，静置30min；d）将锌铁液流电池的正负极与外部装置断开，如电池内部有接触器应将其处于吸合状态；如电池附带绝缘电阻监测系统，应将其关闭；对不能承受绝缘电压试验的元件，测量前应将其短接或拆除；e）选择合适电压等级的绝缘电阻测量仪进行测试，试验电压施加部位应包括电池正极与外部裸露可导电部分之间和电池负极与外部裸露可导电部分之间；f）记录试验结果；g）测试结果应符合4.16的要求。5.14氢气浓度试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的氢气浓度的试验，测试结果应符合4.17的要求。a）应在确认安全措施得以保证后进行试验；b）将氢气浓度测试仪安装于室内及储液罐最高点的测试位置；c）启动氢气浓度测试仪，设置检测周期为30s；d）锌铁液流电池以额定功率进行充电直至充电终止电压，继续保持充电状态1h；e）记录充放电期间两处检测点的氢气值。5.15阻燃性能试验按照如下步骤，进行锌铁液流电池的阻燃性能的试验：a）水平法：按GB/T2408-2021中第8章进行，试验后锌铁液流电池的外壳、储罐、管路及内部电极组件的阻燃性应符合4.18的要求；b）垂直法：按GB/T2408-2021中第9章进行，试验后锌铁液流电池的外壳、储罐、管路及内部电极组件的阻燃性应符合4.18要求。5.18过充电保护试验锌铁液流电池以额定功率充电至充电终止电压后，继续以恒功率进行充电，锌铁液流电池应自动启动过充电告警功能。应符合4.19要求。5.19过放电保护试验锌铁液流电池以额定功率放电至放电终止电压后，继续以恒功率进行放电，锌铁液流电池应自动启动过放电告警功能。应符合4.20的要求。6检验规则6.1检验分类检验分为出厂检验和型式检验。6.2出厂检验6.2.1产品出厂前应进行出厂检验，检验方式为抽检，检验项目见表1。6.2.2在出厂检验中，若有一项或一项以上不合格时，应将该产品退回相关部门返工，再次提交验收。若再次检验仍有一项或一项以上不合格，则判定该产品为不合格。6.2.3检验数量按批次检验，批次按供需双方要求。表1锌铁液流电池出厂检验规则序号检验分类检验项目要求（章、条号）检验数量1出厂检验外观4.2按批次抽样2额定功率4.103电池额定能量效率4.114绝缘电阻4.166.3型式检验6.3.1型式检验要求发生下列情况之一时，应进行型式检验：——新产品试制或小批试生产；——定期抽试，连续批量生产的产品每年不得少于一次；——设计或工艺的变化足以引起产品的性能改变时；——产品转厂生产或长期停止（超过定期抽试期限）生产后又恢复生产；——客户有