储能及动力电池标准体系研究

第1章基本概 第2章技术现状及未来发展趋 第3章标准现 ISO标准化工作情 IEEE标准化情 SAE标准化工作情 其他标准化组织工作情 第4章我国储能及动力电池标准体系框 附表8标准体系框架 第1章基本概念原电池（一次电池蓄电池（二次电池原电池（一次电池蓄电池（二次电池储备电池（激活电池如锌银（储备）级电容器等）和相变储能等四类，如图1示。级别的应用中，大多数储能技术都能够满足需求，如图1示。1的重要技术的导向和市场需求，通过发布白皮书给出建议，提升IEC等核心技术。国家能源局发布的《国家能源科技“十二五”规《电动十二五专项规划明确在未来5重点突破电池、主要目标有：2015电动车保有量达到百万辆级别电池性能提升，成本降至现在的一半，动力电池产能达到100瓦时。（VRLA；210年，在汽车动力电池领域，锂离子电池将比镍氢电池、铅酸蓄电比能量、记忆性等关键指标均优于镍氢电池。未来3是锂离子电是指容量在3Ah上的锂离子电池而用作动力电池和储能电池的核心作储能电池则没有太高要求1-2过载能力足够。

1780人类发明了伽尼尔电池以来，经过两百多年的技术进电3阀控式铅酸蓄电池的结构图。图3控式铅酸蓄电池的结铅酸蓄电池是世界上目前应用最广泛的电池类型，早在1890年其（1910-用寿命，80%放电深度条件下1500次的循环使用，要求循环效率在（VRLAVRLA主要用于低速电动车、汽车启动以及汽车日常供电电源。由于EastPennManufacturingCo.（东宾制造有限公司）已经建设（MH，40%图4MH-Ni从世界范围内来看，美国、法国及日本在MH-Ni池的研发处于领先地位，开发出的MH-Ni池已用于风场发电、太阳能光伏发电并上海市电力公司设计、开发和示范运行的一套100kWMH-Ni池储国内以春兰高能动力镍氢电池为储能系统的100KW家电网上海储MH-Ni池具有安全性能较好、低温性能强、比功率高和有较高的比能量等优点，目前是混合电动车用的主流电源。MH-Ni池也有自身的缺点，如储存特性较差，出厂3月左右即会有部分电池的开路电压低于1.0V，而这时如果再对电池组充电，就会出现容量降低20%左右内阻增加以及充电电压升高等一系列问题严重影响MH-Ni子电池。但就未来5内来看，MH-Ni池必然是新能源汽车的动力电源。MH-Ni池是新能源汽车发展必须经历的一个时代，也许这个时代只有短短的10，但不会影响MH-Ni池在未来5左右较快增长和较大的市场份额。MH-Ni池势必借住新兴产业扶持政策的东风迎来一轮高速发展的黄金期目前国内产能大概在15kWh右，未来MH-Ni池用于储能或动力，在电池性能一致性、可靠性、MH-Ni池，如德国研发的双极性MH-Ni池，具有良好的大电流放高能二次电池。由1）负极，应用较多的是碳材料；2）正极，采用负极的嵌入和脱嵌过程，如图5示。5于便携式电池领域，如手机，笔记本电脑、MP3等。但是成本很高，锂离子电池具有较高的电压，一个锂离子电池可以代3的热点。锂离子电池在便携式领域占据了50%的市场。科陆电子公司开发出1MW箱式可移动储能装置，近期也将示范应提高安全性和可靠性是目前锂离子电池用作动力电池需要重点稳定行的电极材料，选择含有阻燃剂或过充电保护添加剂的电解液，设计良好的散热结构和电池保护电路和管理系统都有利于提高锂离学能转化为电能，如图6示。6端市场有所进展，通常只有当需要连续供电大于4时，燃料电池才78日本Tomamae电场4MW×1.5h钒液流电池储能系统（SEI图8日本Tomamae4MW×1.5hour（SEI钠硫电池的工作温度在300oC-350oC间，电池工作需要加热生高达2000oC高温。作为两极的液态钠硫之间只能有用来导电的（1）储能钠硫电池目前日本NGK司已经实现商业规模的应用NGK公司1992示范运行至今在日本已经运行200座钠硫电池储能电站日本东京电力公司(TEPCO)NGK司合作开发钠硫电池作为储能电池，应用目标为电站负荷调平、UPS急电源及瞬间补偿电源等2002开始进入商品化实施阶段，已建成世界上最大规模(8MW)的储能钠硫电池装置。间，100kW/800kWh硫储能电站成功并网运行。第3章标准现状近年来，随着世界经济结构进入调整期和世界经济治理机制进入变革期，全球各主要经济体都把发展新兴产业作为其国家战智能电网和新能源汽车已经成为了国际产业竞争的热点领域，由此而带来的标准竞争也日趋激烈，储能和动力电池标准化也成为了两大国际标准化组ISO、IEC及欧盟标准化组织（CEN、欧洲电工委员（CENNELEC美国电气和电子工程师协（IEEE、美国机动车工程师协会（SAE）等标准化机构的工作重点之一。在国际标准化领域随着智能电网和电动汽车标准化的推进，ISOIEC别有多TC、SC事储能和动力电池相关的标准制定工作，如图9所示。尤其是电动汽车和充电技术，涉及多个专业领域，ISO、IEC推进电动汽车标准化发展，达成了一项标准化作备忘录，约定在电动汽车领域双方按照专业领域分工，共同组织相关标准制定当同时涉ISO和IEC方领域的标准时，可按照ISO/IEC导则通过“mode5”作模（即同时在ISO/IEC征求意见、投票）开展标准化作（目前明确的“mode5”包括V2G通讯界面和充电系统EMC两方面。9IEC除了电池用于储能和动力的标准外,一些基础标准的制定也是非常必要的,尤其是电池的安全标准。IEC、ISO、UL等标准化机构也制定了电池的一些通用要求、环保、安全等基础标准，详细的标准情况见附表1。IEC标准化工作情IEC下设技术委员会中，IEC/TC21（二次电池和电池组、IEC/TC21/SC21（含碱性及其他非酸性电解质二次电池和电池组、IEC/TC35（原电池和电池组）及IEC/TC105（燃料电池技术）负责开展电池的标准化工作。IEC将液流电池归入TC105，同燃料电池一起开展标准化工作。IEC/TC21负责二次电池的标准化工作，主要制定铅酸蓄电池的标准，目前已经制定出铅酸蓄电池基础标准，并着手制定储能及动力方面的标准2008IEC/TC21IEC/TC35和IEC/TC6（电动道路车辆和卡车成立了联工作组JWG69Li，主要开展动力用锂离子电池的标准化工作。IEC/TC21/SC21A负责含碱性及其他非酸性电解质二次电池和电池组的标准化工作，目前已经制定出碱性蓄电池的基础标准。2008，IEC/TC21/SC21A门成立WG3WG5作组，负责开展锂离子电池标准化工作。其中，WG3主要负责锂离子单电池和电池系统的标准化工作；WG5主要负责大容量锂离子电池的标准化工作，工作范围包括大容量锂离子电池的名称、尺寸、测试及要求，还包括电池的安全标准和具体使用环境的标准。目前，已经开始制定大型工业用锂离子电池标准。IEC/TC105责燃料电池技术标准化工作，目前已经成WG6作组，负责开展叉车用燃料电池发电系统，目前2项标准正在制定中。此外，IEC/TC105也已经开始重视储能领域的标准化工作，将燃料电池用于辅助单元的标准化工作列入战略业务计划，并成立了特别工作AHG4，负责跟踪智能电网和能效标准化工作进展。储能及动力电池方IEC期才开始标准化工作，目前的标准数量不多2出IEC前已制定和正在制定的关于储能和动力电池的标准18其中，IEC/TC2113IEC/TC21/SC21A3，IEC/TC1052IS标准化工作情况ISO下设的技术委员会ISO/TC22/SC21（电动道路车辆，负责制定电动道路车辆的相关标准，下WG3作组专门负责用于电动道路车辆的锂离子电池的标准化工作，目前已发布及正在制定的4标准，主要是涉及电池包和电池系统相关标准，见附表3。IEEE标准化情况IEEE一个国际性的电子技术与信息科学工程师协会，是世界上最大的专业技术组织之一150个国家中拥300个地方分会IEEE设37个专业分会和3个联会发表多种杂志、学报、书籍，每年组300次专业会议。自成立以来，IEEE直致力于推动电工技术在理论及应用方面的发展。IEEE准协会下设SCC21（标准协调委员会）主要监督及协IEEE设的标准化机构在燃料电池、光伏、分布式发电、储能标准的制定工作，确保所制定标准的一致性。20113IEEE准P2030组，致力于制定一套智能电网的标准和互通原则，并推广为全球标准的计划。IEEE2030准现已从以下三方面启动《IEEEP2030.1TM-电能动力交通设施指南。这一指南为公共机构、制造商、运输供应商、基础设施开发商、电动车消费者和寻求解决路面个人交通和公共交通运输，支持基础设施建设的相关人员提供了指导方针。《IEEEP2030.2TM-接入电力系统的储能系统互操作性指南该指南旨在帮助消费者更好地了解储能系统。储能系统把电力系统的离散式和混型储能系统接入到电力基础设施中，并使用了不同系统拓扑结构。《IEEEP2030.3TM-储能系统接入电网测试标准。它为电力能源存储设备和系统中的测试过程以及电力能源系统应用而确立了标准。其中IEEEP2030.3TM-储能系统接入电网测试标准》是由中国电力科学研究院发起的智能电网系列标准之一。SAE准化工作情SAE是国际上最大的汽车工程学术组织，研究对象是轿车、载重车及工程车、飞机、发动机、材料及制造等。SAE所指定的标准具有权威性，广泛地为汽车行业及其他行业所采用，并有相当部分被采用为美国国家标准。随着新能源汽车的不断发展，近几SAE始着手开展电动汽车标准化工作，目前涉及到的电动汽车电池标准制定的委员会有混动力标准委员会、燃料电池标准委员会、汽车蓄电池标准委员会，主要考虑从汽车行业提出整车对电池的性能要求，涉及对汽车用蓄电池和燃料电池及电池组的安全、性能试验方法、寿命等方面的标准，已有动力电池方面的标准21项，见附表4。其他标准化组织工作情欧洲标准化组织和欧洲电工委员会（CENELEC）前期研究制定了部分以铅酸蓄电池为主的涉及储能和动力电池的标准，大多转化为IEC准，同时这些标准被英BSI德DIN编号发布为本国国家标准ANSI日JIS发布了相关的铅酸蓄电池、燃料电池标准。值得一提的是，2011IEC/TC105年会，液流电池召集人IEC交的报告中指出，欧洲国际标准化组CENELEC流电池标准化工作组，将联IEC/T21IEC/TC105同制定液流电池标准欧洲液流储能电池标准启动大20111126国召开，20家欧洲液流电池的研究机构、生产和应用及配套设备企业代表参加了此次会议。作为液流电池标准提案国的中国和美国两个非欧盟国家代表参加会议，中国科学院大连化学物理研究所的张华民教授作为欧洲标准核心专家组成员参加了标准及标准体系的编制工作。CENELEC立CLE/WS05（液流电池-要求和测试方法）专门从事液流电池的标准化工作目前5工作分别为WG1(术语)、WG2(技术选择)、WG3(规范/性能/测试方法/生命周期)、WG4(用户（手册、文件）)、WG5(安装)。其中，中国科学院大连化学物理研究所的王晓丽博士作WG4作组的召集人，负责液流电池用户手册的编制工作。其他国家和机构也有相应储能和动力电池标准出台，见附4中专栏12能源产业标准体系建设重点和专栏14能源汽车产业由于储能及动力电池在我国目前处于前期研发及示范阶段，标准化工作也处于起步阶段，相应标准缺失比较严重。虽然相关的标准化技术委员会也开始制定储能电池及动力电池方面的标准，但由于没有总体规划和顶层设计仍然处于简单采标各订所需、缺乏作、用户主导的状态。而且由于新兴产业的迅速发展，原来到标准化格局已经不能满足标准化的新需求。我国的标准化情况通过外有所不同，根据《标准化法》的规定，我国标准分为：国家标准（GB、行业标准地方标准和企业标4，由国家标准化管理委员会负责统一管理。其中，行业标准包括：能源行业标准（NB、电力行业标准（DL，由国家能源局负责管理；机械行业标准（JB、轻工行业标准（QB、通讯行业标准（YD，由工业和信息化部负责管理等。1给出了我国目前涉及到电池行业标准化工作的机构6出了我国在储能和动力电池方面已有的标准情况表1目前我国涉及电池标准化工作的机构标准化领域/挂靠单对口IE标委会化技术委员会委员会(SAC/TC155)/（为了便于清楚的了解国内外的标准化情况，根据对国外一些重要的标准制定机构（IEC、ISO、SAE）和我国现有标准中涉及6电池基础标准及用于储能和动力电池标准的收集，将收集的标准进行归类统计，统计的情况如23示。通过对比得出以下结论：术语：在国际标准中，对铅酸蓄电池、碱性蓄电池、锂离子电池没有专门进行术语标准的制定，而是涵盖在60050(482):2003《电工术语原电池和蓄电池》标准中我国采用了该术语标准，但是由于当时是铅酸蓄电池标委会采标，删除了一些术语。因此，还需要补充制定一些电池的术语标准。通用：我国同国外标准相差较多，需补充制定重要的通用准安全：安全包括的范围比较广，许多安全的要求都在产品的技术指标中进行了规定，对于单纯的电池安全标准，国外UL有些标准值得借鉴，这方面需要尽快的制定标准环保国外标准中，6电池在环保方面的基础标准比较少，对于铅酸蓄电池和碱性蓄电池这种含有有毒有害物质的电池，直接通过指令和法规对环保提出要求。此外，IEC/TC105已经计划开展电池生命周期标准的制定工作。对于刚刚处于起步阶段的液流电池，作为目前标准制定的主要机CENELECWG3作组负责开展生命周期的标准化工作。我国针对铅酸蓄电池已经从国家的高度出台准入条件，防止环境的污染铅酸蓄电池环境意识设计行业标准也已经开始制定。对于其他几种电池目前还没有制定专门的环保标准。环境：国内外的标准对于电池的一些环境要求针对不同的使用条件在具体的标准中列出了，目前对于电池环境要求的基础准还比较少，但是随着电池在储能领域的应用，由于储能的环境条件比较复杂，未来在这方面将会开展相关的标准化工作。储能：由于将电池用于大规模储能是近几年才兴起的，国内外这方面的标准都处于起步阶段，目前成型的标准较少。我国要根据应用示范，加强这方面标准的制定工作动力：将电池作为主要的动力发电系统的标准国IEC、SAE均已经开始了相应的标准化工作，并出台了相关的标准。我国相关的动力电池标准数量不多，这方面的标准化工作也需要加强。此外，从表格中很容易看出，目前钠硫电池尚未开展一些标准化工作。从前面的技术现状中不难发现，钠硫电池目前只有日本实现了商业化，IEC等国际标准化组织尚未开展相关的标准化工作。拥有此项技术的日本对钠硫电池的技术实行严格的保密，相关的标准信息也较难获得。国内外储能电池的标准化工作处于起步阶段，这方面的标准情况我国通过外的差距较小，但也应尽快制定相关标准。电动汽车领域我们通过外有一定的差距，相应的标准化工作也有一定的差距。通过对国内外标准化情况的调研、对比分析，很容易看出我国在储能及动力电池领域目前的差距和问题，为下一步制定我国储能及动力电池标准体系提供了参考。表2国外现有标准统计表-131-3-98-2-11--1-1-----14--2--24--12-1----2-371---------------表3我国现有标准统计表准准准---1-1-42-2-----12-2-----2222--11-6-11----3-------第4章我国储能及动力电池标准体系框架了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）》和以GB/T4754-2011《国民经济行业分类》为依据，开展储能和动力电池领域标准规划，建立符产业发展的标准体系。10相结，在满足基础标准的基础上，制定特殊场使用的电池标准。断完善，不断吸纳新的标准项目，整不符需求的标准。分考虑对应国际标准化组织（IEC、ISO）各TC制定关于电池基础标11示要包括发展成熟的电括铅酸蓄电池性蓄电池，电池应用领域的需求，本体系分为4层次：基础、应用、专业和标共5方面，作为储能及动力电池应满足的最基础的条件与要求。第三层是专业领域按照储能和动力的不同领域划分为2部分，燃料电池共6电池类型。11体系编号为:01语、02用、03全、04保和05目国外标准和产业发展现状，给出了34，其中待制定标准23详见附表7。制定标准35，详见附件7。设计安装及锂离子电池的梯次利用6标准系列。给出了6标准，其中4待制定标准。GB/T22473-2008《储能用铅酸蓄电池》标准规定了供太阳能电设备和风力发电机以及其他可再生能源的储能用铅酸蓄电池的运输贮存等。本标准系列给出了9标准，其中7待制定标准。范。本标准系列给出了4待制定标准。出了3待制定标准。体系中不作为重点，在附件中给出了13标准，其中待制定标准7件、电池技术要求、性能测试、电池及电池组5标准系列。系列给出了15标准，其中待制定标准10行了规范。本标准系列给出了6标准，其中4待制定标准。业电动汽车充电设施标准化技术委员会及其他电动汽车先关标委会1项标准。准体系相协调目前国家电网公司智能电网标准体系涉及综与规划、通信信息等8专业分支，26技术领域、92标准系列。其中，委会电动车辆分会（TC114/SC27）现已初步建立了我国电动汽车标（IEC/TC21加大工作协调力度，参考德国DKE调汽车行业和电气设协调和协商机制，整国内资源推进标准化为产业发展服务。基础标准电池种类标准1IECGB/T2900.41-燃料电池2IECTS62282-1IEC/TC液流电池3/4IEC/TR二次电池和电池组-固定型铅酸蓄电池监控-用户/碱性蓄5IEC含碱性和其他非酸性二次电池和电池组–碱性电池/锂离子6ISO/IEC/PAS（正在制定/燃料电7IEC62282-2（正在制定2IEC/TC8SAEJ2579-/铅酸蓄9IEC62485-1Ed.（正在制定1/IEC62485-2/IEC62485-3Ed.（正在制定3/SAE/基础标准电池种类标准碱性蓄IEC/TS/锂离子UL/UL/UL/IECGB21966-IEC/TCIEC62282-3-3-1GB/T27748.1-IEC/TCIECISO7000-1135/燃料电池SAEJ2594-/2：IEC有储能及动力电池标标准1IEC61427-光伏能系统(PVESGB/T22473-2IEC61427-（正在制定/3IEC61427-（正在制定/碱性蓄电池4IEC（正在制定/锂离子电5IEC（正在制定/6IEC（正在制定/7IEC61982-1-8IEC61982-2-/9IEC61982-3-3能和寿命试验（交通适的，市区用车辆/IEC61982-（正在制定电动道路车辆推进用二次电池（锂离子电池除外/IEC60254-2/IEC/TR/IEC/TR/IEC60254-GB/T7403.1-标准锂离子电IEC62660-（正在制定1/IEC62660-（正在制定2/IEC62282-4-100Ed.4-100：/IEC/TCIEC62282-4-200Ed.4-200：/IEC/TC标准1ISO12045-1-12ISO/DIS12405-2/3ISO/NP12405-3/4ISO/NPPAS电动道路车辆电池系统设计/标准1SAEJ1797-2SAEJ2288-3SAEJ2464-4SAEJ2289-5SAEJ2380-6SAEJ240-7SAEJ1797-8SAEJ1798-9SAEJ2288-SAEJ2289-SAEJ2380-SAEJ1495-SAEJ1718-SAEJ537-SAEJ2801-车用12V电池综寿SAESAEJ1766-电动和混动力电动汽车蓄电池系统整体碰撞完整性试验推荐程SAEJ2185-SAEJ2615-SAEJ2616-SAEJ2617-标准1JISC8971-23ANSI/IEEE84-4BSDD/IEC/TS2257-8-1-农村电气化用小型可再生能源和混系统的建议.独立电5BS/EN/IEC61427-光伏能系统(PVES)6ANSI/IEEE1561-远程混电力系统中酸性铅蓄电池的性能和寿命的优化7DIN43538-8DIN/EN60254-1-9NFF64-328-NFF64-018-JISD5302-ANSI/ASMEPTC50-ANSI/CSAFC1-ANSI/CSAFC3-标准号（计划号标准1GB/T2900.41-IEC全国电工术语标准化技2GB/T20042.1-/全国燃料电池标准化技3全国燃料电池标准化技4/5/6/全国碱性蓄电池标准化7/全国碱性蓄电池标准化8QB/T2502-/9蓄电池及蓄电池组/全国碱性蓄电池标准化GB/T20042.2-/全国燃料电池标准化技2IEC62282-全国燃料电池标准化技/GB21966-IEC全国原电池标准化技术标准号（计划号标准/机械工业北京电工技术/全国燃料电池标准化技标准号（计划号标准1GB/T22473-IEC2NB用于存储可再生能源的二次电池和电池组-通用要求和试验方法第IEC61427-3NB用于存储可在生能源的二次电池和电池组-通用要求和试验方法第IEC61427-4/5/6/7/8IEC61982-9QC/T742-/电动自行车用蓄电池及充电器第/标准号（计划号标准GB/T22199-/GB/T23638-/GB/T24914-/全国索道与游乐设施标准化技术委GB/T18332.2-池/QC/T744-/QB/T2947.2-电动自行车用蓄电池及充电器第//QC/T743-/QB/T2947.3-电动自行车用蓄电池及充电器第/ISO12045-1-NB电动车辆用锂离子电池第1部分IEC62660-NB电动车辆用锂离子电池第2部分IEC62660-QC840-寸//求/GB/T23645-法/GB/T23646-电动自行车用燃料电池发电系统技/标准号（计划号标准GB/T25319-/GB/T28183-///00基础标准标准标准号（号1全国电工术语标2//32005ED.1.0全国燃料电池标4/全国燃料电池标5/中国电器工业协会6/中国电器工业协会7//8//902二次电池和电池 固定型铅酸蓄电池监 /02IEC//全国碱性蓄电池标准化技术委员//00基础标准标准标准号（号///全国碱性蓄电池标准化技术委员QB/