铝燃料电源发电系统技术规范

1铝燃料电源发电系统技术规范本文件规定了铝燃料电源发电系统的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装和储存要求。本文件适用于人民防空工程、消防应急、通信应急、应急救援、工业备用领域用铝燃料电源发电系统的设计、制造、试验、检测、运行、维护、检修和第三方认证。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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/T191包装储运图示标志GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A:低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A:高温GB/T2423.7环境试验第2部分：试验方法试验Ec:粗率操作造成的冲击GB/T2423.10电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动GB/T2423.17电工电子产品基本环境试验规程试验Ka:盐雾试验方法GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB15603常用化学危险品贮存通则GB17915腐蚀性商品储存养护技术条件GB20592化学品分类、警示标签和警示性说明安全规范急性毒性GB/T20626.1特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求GB/T31241便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全技术规范GB/T36276电力储能用锂离子电池YD/T799—2010通信用阀控式密封铅酸蓄电池YD/T2344.1—2011通信用磷酸铁锂电池组第1部分：集成式3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。铝燃料电源aluminumfuelpowersupply以空气中的氧为正极活性物质，金属铝或者铝合金为负极活性物质，碱性溶液或盐性溶液为电解液，将化学能转变为电能的装置。由1个及以上单体电池组成发电单元、结合启动储能单元、监控单元和通风冷却部分等组成的独立发电系统。单体电池singlecellbattery由正极材料、负极材料和电解质组成的，将负极铝的氧化而失去的电子通过电解液与正极氧进行氧化还原反应的基本单元。2液流单元liquidflowunit指由电解液、管道、泵组与控制部分组成的，对电解液进行输送和控制的单元。其中电解液是与单体电池进行电化学反应的配比溶液，一般为盐溶液或强碱性溶液。系统启动时，用以辅助铝燃料电源启动的外部储能装置。待机功耗standbypower系统正常工作，无输出电压、电流时的外部输入功率。4系统要求4.1系统组成及分类4.1.1系统组成系统原理示意图如图1所示。 图1系统原理示意图4.1.2系统输出功率额定值4.2技术要求4.2.1使用条件系统应能在下列环境条件下正常运行：3a)海拔不超过1000m,若超过1000m时制造商应按照GB/T20626.1的规定设计和生产。b)使用温度(电解液温度):20℃~60℃;c)使用温度(环境温度):-10℃~55℃;d)储运温度：-40℃~50℃。4.3系统要求4.3.1外观及结构外观及结构应满足以下要求：a)产品外观应平整，色泽均匀，无明显色差，表面不得有划痕、变形、裂纹等缺陷；b)标识应清晰、完整、位置准确；c)各部件配合紧密，结构稳固，无松动；d)系统的输出接口、电源接口、干接点接口等应有明确的标识；e)系统的正、负极端子及极性应有明显标识，便于连接；f)系统正常运行时，不应出现液体泄漏现象。g)产品尺寸符合设计图纸及相关技术文件要求。4.3.2额定容量在环境温度(25±2)℃时，铝电极和电解液尚未使用的系统，按产品标称的额定功率放电时，工作时间达到标称或着系统达到限制电压，额定功率与工作时间相乘得额定容量。4.3.3启动/关机方式系统应具备以下启动/关机方式：——手动启动/关机——自动启动/关机4.3.4待机功耗系统待机功耗应不大于测试样品额定功率的2%。注：不包含电加热部分功耗和充电功耗。4.3.5过载能力输出为额定功率的110%时，系统应能正常运行10分钟以上。4.3.6保护与告警4.3.6.1输出过载输出超过用户设定的过载保护值时，应发出告警并自动停机保护。4.3.6.2输出过、欠压系统输出电压超过过压、欠压保护设定值时，应发出告警并延迟5s后自动停机保护。4.3.6.3输出短路系统输出短路时，应发出告警并自动停机保护。系统中的部件工作温度超过过温保护设定值时，应发出告警并自动停机保护。4.3.6.5电解液泄漏当电解液泄漏时，应发出告警并自动停机保护。4.3.6.6风扇故障当系统的通风单元发生故障时，应发出告警。44.3.6.7传感器故障当系统的传感器发生故障时，应发出告警。4.3.6.8告警信息系统除具备上述告警功能外，还应具备电解液更换告警、电池反应单元故障(输出中断等)、液流单元故障(电解液泄漏)和系统故障(回路断开、负载断开故障)等。系统应能通过接口将告警信号传输到显示屏。针对告警信息系统应给出相关处理建议，或应提供告警代码与处理建议的操作手册。4.3.7输出功率可调在额定输出功率范围内，系统应能够根据负载自适应调节输出功率。4.3.8启动储能单元管理功能系统在对启动储能单元进行充电时，应具有限流充电功能。系统在正常运行时，系统噪音应不大于65dB(A)。4.3.10防护等级要求系统应符合GB/T4208IP20及以上等级。4.3.11温度放电性能4.3.11.125℃放电性能在环境温度(25±2)℃时，系统按额定功率放电，应至少放出额定容量的95%。4.3.11.240℃放电性能在环境温度(40±2)℃时，系统按额定功率放电，应至少放出额定容量的100%。4.3.11.30℃放电性能在环境温度(0±2)℃时，系统按额定功率放电，应至少放出额定容量的90%。4.3.12绝缘电阻在环境温度为15℃~35℃,相对湿度不大于90%,系统直流输出端与外壳的绝缘电阻应不低于2MQ。4.4电池反应单元4.4.1耐腐蚀性直接接触电解液、反应物、潮气等物质的构件、连接构件的紧固零件、无其他保护的载流零部件，均应耐腐蚀。4.4.2监测信息(带控制系统)应能监测以下信息：输出电压、输出电流和温度等。4.4.3铝电极利用率铝电极从初始状态放电至放电终止状态后的利用率不应小于80%。4.4.4铝电极比能量系统在(25±2)℃环境温度下，输出为额定功率时，铝电极从放电起始到放电终止完成后的比能54.4.5铝电极电解液消耗量系统输出为额定功率时，碱体系下每度电消耗电解液量应不超过3L。4.4.6启动时间环境温度大于25℃±2°℃时，电堆输出功率从0到80%额定功率的启动时间应不大于5分钟，电堆输出功率从0到100%额定功率的启动时间应不大于10分钟。环境温度在0℃±2℃时，电堆输出功率从0到80%额定功率的启动时间应不大于25分钟，电堆输出功率从0到100%额定功率的启动时间应不大于35分钟。4.4.7额定功率测试系统的额定功率，应能达到该系统的标定额定功率。4.5液流单元4.5.1耐腐蚀性液流经过的所有液箱、管道、接头、阀门、泵等零部件均应选取耐强碱腐蚀性材料。4.5.2密封性在产品寿命周期内，应没有液体泄漏。4.5.3启动储能单元磷酸铁锂电池应符合YD/T2344.1中4.6环境试验4.6.1低温工作按GB/T2423.1中试验A:低温试验方法进行试验。系统试验温度为(0±2)℃,被测试系统应能在此环境温度下降额工作。4.6.2高温工作按GB/T2423.2中试验B:高温试验方法进行试验。系统试验温度为(40±3)℃,被测试系统应能在此环境温度下正常工作。测试系统的额定功率，应能达到该系统的标定额定功率。模拟系统在运输等条件下的振动试验，试验后被测试设备应能正常工作。4.8防爆性能允许被测试样品出现渗漏现象，但不应出现爆炸、起火。按照GB/T31241中相关电池安全性能：短路测试要求，试验后被测试设备不起火、不爆炸。按照GB/T2423.7中试验要求，试验后被测试设备不起火、不爆炸。按照GB31241中7.4加速度冲击试验要求，试验后被测试设备不起火、不爆炸。65试验方法a)使用温度(环境温度):-10℃~55℃;b)使用温度(电解液温度):20℃~60℃;土土+V图2试验电路图——电压表：不低于0.5级；——电流表：不低于0.5级；—温度计：具有适当的量程，其分度值不大于1℃,标定准确度不低于0.5℃;——计时器：按时、分、秒分度，准确度为士0.1%;——尺寸测量装置：分度值不大于1mm;准确度为±0.1%;a)按照图2连接试验电路；c)记录其放电时间，当达到测试样品标定的的截止电压或系统的低电压保护值时，停止放电；7d)计算其放电容量，结果应符合4.3.2。5.3.3启动/关机方式试验启动/关机方式试验按照如下方式进行：a)当手动启动/关闭时检查系统是否运行/关闭正常；b)当遥控启动/关闭时检查系统是否运行/关闭正常；c)当市电断电/恢复时检查系统是否运行/关闭正常；5.3.4待机功耗试验当系统输出空载，未对启动储能单元进行充电，也未对电解液进行加热时，测量系统控制的输入有5.3.5过载能力试验过载能力试验按以下步骤进行：a)按照图2连接试验电路；b)启动系统并调节负载，使负载功率为110%的额定值，记录系统能正常运行的时间；5.3.6保护与告警试验5.3.6.1输出过载试验调节线性负载使负载电流大于110%,检查系统是否自动停机并有声或光告警，试验结果应符合5.3.6.2输出过、欠压试验调节输出电压超过输出过压保护设定值或低于输出欠压保护设定值时，检查系统是否自动停机并有5.3.6.3输出短路试验在系统正常运行状态下，使输出短路，检查系统是否自动停机并有声或光告警，试验结果应符合5.3.6.4过温试验使系统中的某部件温度达到过温保护设定值(主要指发电单元),检查系统是否发出声或光告警并自动停机保护，试验结果应符合4.3.6.4。5.3.6.5电解液泄漏试验使电解液箱体破损发生渗漏，检查系统是否发出声或光告警并自动停机保护，试验结果应符合5.3.6.6风扇故障试验模拟风扇故障，检查系统是否发出声或光告警，试验结果应符合4.3.6.6。5.3.6.7传感器故障试验模拟系统中的某传感器发生故障时，系统是否发出声或光告警，试验结果应符合4.3.6.7。5.3.6.8告警信息试验按4.3.6.8中规定要求模拟故障发生，检查系统的告警信息，并检查是否通过通信接口或无线网络、短消息等方式将告警信号传送到近端和远程监控设备。试验结果应符合4.3.6.8。85.3.7输出功率可调节试验调节负载，在不超过额定功率110%条件下，试验结果应符合4.3.7。5.3.8启动储能单元管理功能试验对于检查系统是否具有限流充电功能。对于由磷酸铁锂电池当启动储能装置的系统，其管理功能应按照YD/T2344.1中5.4.2进行试验，试5.3.9噪音测试系统输出为额定线性负载并处于满载工作状态时，在设备正前方1m,设备高度二分之一处用声级计测量其值。试验结果应符合4.3.9。5.3.10防护等级试验试验步骤如下：a)使用直径为12mm,长80mm的校验指试验是否与危险部件有足够的间隙；b)检查直径12.5mm的球形物体试具是否能够完全进入壳内；5.3.11温度放电性能5.3.11.125℃放电性能测试方法如下：a)系统使用新配的铝电极和电解液；b)按照图2连接试验电路；c)保持系统在高低温箱内(保持必要的空气循环),设置温度25℃,静止2h,按额定功率进行放电，测量其放电时长计算出放电容量或直接测量放电容量，试验结果应符合4.3.11.1。5.3.11.240℃放电性能测试方法如下：a)系统使用新配的铝电极和电解液b)按照图2连接试验电路；c)保持系统在高低温箱内(保持必要的空气循环),设置温度40℃,静止2h,进行额定容量的放电试验，测量其放电时长计算出放电容量或直接测量放电容量，试验结果应符合4.3.11.2。5.3.11.30℃放电性能测试方法如下：a)系统使用新配的铝电极和电解液；b)按照图2连接试验电路；c)保持系统在高低温箱内(保持必要的空气循环),设置温度0℃,静止2h,进行额定容量的放电试验，测量其放电时长计算出放电容量或直接测量放电容量，试验结果应符合4.3.11.3。5.3.12绝缘电阻试验用绝缘电阻测试仪直流500V的测试电压测试，对被测系统直流输出回路对地进行测试。试验结果应符合4.3.12。5.4电池反应单元5.4.1耐腐蚀性试验检查直接接触电解液、反应物、潮气等物质的构件、连接构件的紧固零件、无其他保护的载流零部件，有无腐蚀现象。95.4.2监测信息5.4.3铝电极利用率试验a)放电初始前，用电子秤测量系统内所有铝电极的质量；b)按照图2连接试验电路；d)记录其放电时间，当达到测试样品标定的截止电压或系统的低电压保护值时，停止放电f)按照公式(1)计算铝电极利用率，结果应符合4.4.3。8——铝电极利用率%;mo——放电初始时的质量，单位为克(g);5.4.4铝电极比能量试验a)用电子秤测量系统内所有铝电极的起始质量；b)按照图2连接试验电路；d)当达到测试样品标定的截止电压或系统的低电压保护值时，停止放电，并记录此次放电过程e)用电子秤测量系统内所有残余铝电极的质量；f)按照公式(2)计算铝电极比能量。计算值应符合4.4.4。Q——铝电极放电量，单位为千瓦时(kWh);m——放电截止时的质量，单位为克(g)。5.4.5铝电极消耗电解液量试验a)放电初始前，用量杯测量系统内所有电解液的体积；b)按照图2连接试验电路；c)启动系统，接额定负载，按照额定功率进行放电；d)当达到测试样品标定的截止电压或系统的低电压保护值时，停止放电，记录此次放电过程的e)按照公式(3)计算铝电极电解液消耗量。计算值应符合4.4.5。v——铝电极电解液消耗量L/kWh;Q——铝电极放电量，单位为千瓦时(kWh);V——放电初始时的电解液体积，单位为升(L)。5.4.6启动时间试验分别在0℃和25℃温度条件下启动系统，用存储示波器测量输出功率从0到稳定的80%额定值的时间和0到100%额定值的时间。结果应符合4.4.6。5.4.7额定功率在环境温度为25°℃±5℃条件下，将系统进出液系统连接并启动运行，置于空载状态并静止放置3min,然后将电子负载设置的工作模式为恒功率，其数值为系统的额定输出功率(电解液温度25℃±1℃时),连续6小时工作，其中满载不低于5小时，监测检测输出电压大于标定的截止电压。5.5液流单元试验5.5.1耐腐蚀性试验检查液流经过的所有液箱、管道、接头、阀门、泵等零部件是否有腐蚀现象。5.5.2密封性试验被检设备的液流单元注满电解液(或处于动态循环工作状态),应符合4.5.2。5.5.3启动储能单元试验按YD/T2344.1-2011中5.4.2充电限制的充电方式对磷酸铁锂电池进行试验，结果应符合4.5.3。5.6环境试验5.6.1低温工作试验按GB/T2423.1中相关低温测试要求进行试验，5.6.2高温工作试验按GB/T2423.1中相关高温测试要求进行试验，结果应符合4.6.2。5.7振动试验按GB/T2423.10中“试验Fc”进行试验。系统无包装、不通电、不含蓄电池和电解液，试验后被测试设备应能正常工作。5.8防爆性能按照GB36267针刺试验相关条款要求试验，结果应符合4.8.1。将产品用外电路总电阻80±20mΩ将正负极端子短路。试验终止条件(满足其一即可):1.电池温度下降到比峰值低20%;2.短路维持8小时。结果应符合4.8.2。按照GB/T2423.7中跌落试验相关条款要求，结果应符合4.8.3。按照GB31241中7.4加速度冲击试验要求，结果应符合4.8.4。6检验规则表1检验项目及判定出厂检验1外观