THNSDCHYXH 002-2024 鋅鐵流電池通 用要求

1ICS29.220.99CCSK82T/HNSDCHYXHGeneralrequirementsforzinc-ironfloI前言 II 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 14技術(shù)要求 35試驗方法 6檢驗規(guī)則 7標(biāo)志、使用說明書 8包裝、運(yùn)輸、貯存 本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由長沙理工大學(xué)提出。本文件由湖南省電池行業(yè)協(xié)會歸口。本文件主編單位：長沙理工大學(xué)本文件參編單位：湖南耕馳新能源科技有限公司湖南創(chuàng)達(dá)儲能科技有限公司長沙市新材料檢驗檢測產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟本文件主要起草人：丁美徐志釗王軍強(qiáng)趙毅賈傳坤楊麗段海戀1鋅鐵液流電池通用要求本文件規(guī)定了鋅鐵液流電池的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、使用說明書、包裝、運(yùn)輸和貯存。本文件適用于各種規(guī)格鋅鐵液流電池的通用要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2408-2021塑料燃燒性能的測定水平法和垂直法GB/T9969-2008工業(yè)產(chǎn)品使用說明書總則GB/T33339-2016全釩液流電池系統(tǒng)測試方法GB/T50493-2019石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3術(shù)語和定義3.1鋅鐵液流電池zinc-ironflowbattery以電解液中鋅和鐵離子間的電化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的儲能裝置，稱鋅鐵液流電池系統(tǒng)。注：鋅鐵液流電池系統(tǒng)主要由電堆、電解液、循環(huán)單元、熱管理單元、儲能變流器、電池管理單元、能源管理單元等部分組成。3.2電解液electrolyte鋅鐵液流電池的儲能介質(zhì)，包括正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、正負(fù)極支持電解質(zhì)、溶劑。3.3額定充電功率ratedchargingpower在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池可持續(xù)工作一定時間的充電功率。3.4額定放電功率rateddischargingpower在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池可持續(xù)工作一定時間的放電功率。3.5額定功率ratedpower2在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池可持續(xù)工作一定時間的功率，包括額定充電功率、額定放電功率。3.6額定充電能量ratedchargingenergy在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池以額定充電功率充電至充電終止電壓時的瓦時容量。3.7額定放電能量rateddischargingenergy在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池以額定放電功率放電至放電終止電壓時的瓦時容量。3.8最大能量maximumenergycapacity100%SOC狀態(tài)下的鋅鐵液流電池不受放電功率限制放電直至放電終止電壓時所放出的瓦時容量。3.9荷電狀態(tài)stateofcharge(SOC)鋅鐵液流電池實際可放出的瓦時容量與最大能量的百分比。3.10能量效率energyefficiency在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池的放電能量與充電能量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。3.11額定能量效率ratedenergyefficiency在額定充放電功率條件下，鋅鐵液流電池的放電能量與充電能量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。3.12能量保持率energyretention在規(guī)定試驗條件和試驗方法下，鋅鐵液流電池的放電能量與額定放電能量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。3.13SOC偏差deviationofSOC以鋅鐵液流電池的SOC顯示值為示值，以相應(yīng)的荷電狀態(tài)為真值，取二者在10%~90%區(qū)間內(nèi)的絕對誤差的最大偏差值來表示SOC準(zhǔn)確度，符號表示誤差方向，正值表示示值偏大，負(fù)值表示示值偏小。3.14基體電極substrateelectrode3碳基（碳?xì)帧⑻疾?、碳紙等）及金屬基多孔基體。3.15正極活性物質(zhì)positiveactivematerial含鐵電解液中的鐵。3.16鋅沉積zincdeposition溶液中的鋅酸鹽離子通過還原和結(jié)晶過程在導(dǎo)電基體表面生成的單質(zhì)鋅層。3.17鋅沉積面容量surfacecapacityofzincdeposition鋅單質(zhì)在基體上的沉積量，單位為mAh/cm2。3.18雙極板bipolarplate收集傳導(dǎo)電流，分隔正負(fù)極電解液的導(dǎo)電隔板。4技術(shù)要求4.1工作環(huán)境除非另有規(guī)定，電堆應(yīng)能在下列環(huán)境條件下運(yùn)行：——運(yùn)行溫度：-10℃~60℃;——壓力：86kPa~106kPa；——空氣濕度：10%～96%；——海拔：≤2000m。4.2外觀外觀應(yīng)保持清潔、平整、無變形，無外傷、無污物，無電解液析出和泄漏現(xiàn)象，且標(biāo)識清晰、正確、明顯。4.3外加壓力滲漏測試通氣時外加壓力≥0.4MPa4.4滲漏電池按本文件5.3進(jìn)行滲漏試驗，外漏應(yīng)無漏點，15min內(nèi)內(nèi)漏壓力降應(yīng)小于測試壓力的10%。4.5極性電池極性標(biāo)識應(yīng)正確、清晰、明顯。44.6外形尺寸及質(zhì)量外形尺寸（包括具體標(biāo)準(zhǔn)及公差）、質(zhì)量應(yīng)與電池技術(shù)規(guī)格及供需雙方約定技術(shù)參數(shù)一致。4.7運(yùn)行模式除非另有規(guī)定，電堆應(yīng)在下列運(yùn)行模式下運(yùn)行：——恒電流充放電模式；——恒電壓充放電模式；——恒功率充放電模式。4.8額定放電能量額定放電能量應(yīng)不低于產(chǎn)品標(biāo)出的額定放電能量值。4.9最大能量最大能量應(yīng)不低于產(chǎn)品標(biāo)出的最大能量值。4.10額定功率額定功率應(yīng)不低于產(chǎn)品標(biāo)出的額定功率值。4.11額定能量效率鋅鐵液流電池的額定能量效率應(yīng)不低于70%。4.12能量保持能力電池系統(tǒng)按5.10實驗，電池系統(tǒng)能量保持率應(yīng)不低于95%。4.13額定功率充放電特性曲線鋅鐵液流電池應(yīng)提供在額定功率充放電條件下的下列充放電特性曲線：a）充放電能量－時間；b）電壓－時間；c）充放電功率－時間。d）SOC－時間。特性曲線的最大偏差的絕對值應(yīng)不超過5%。54.14充放電特性曲線鋅鐵液流電池應(yīng)提供在指定功率充電條件下的充電特性曲線。鋅鐵液流電池應(yīng)提供在指定功率放電條件下的放電特性曲線。充放電特性曲線的類別同4.13。特性曲線最大偏差的絕對值應(yīng)不超過5%。4.15SOC偏差SOC最大偏差的絕對值應(yīng)不超過5%。4.16絕緣電阻鋅鐵液流電池的絕緣電阻應(yīng)不小于1MΩ。4.17氫氣濃度儲液罐內(nèi)氫氣的體積百分?jǐn)?shù)應(yīng)低于2%。4.18阻燃性鋅鐵液流電池的外殼、儲罐、管路及內(nèi)部電極組件應(yīng)符合GB/T2408-2021中8.4.3HB40（水平級）和9.4V-0（垂直級）的要求。4.19過充電保護(hù)鋅鐵液流電池應(yīng)具有過充電保護(hù)措施。4.20過放電保護(hù)鋅鐵液流電池應(yīng)具有過放電保護(hù)措施。4.21雙極板相關(guān)要求4.21.1結(jié)構(gòu)尺寸4.21.1.1厚度均勻性要求厚度尺寸偏差應(yīng)符合以下規(guī)定：平均厚度d≤0.4mm時，厚度最大值與最小值的差值≤6%d;0.4<d≤1.0mm時，厚度最大值與最小值的差值≤5%d；d>1.0mm時，厚度最大值與最小值的差值≤4%d。64.21.1.2尺寸偏差長度方向及寬度方向尺寸偏差應(yīng)≤±1mm。以鋼板尺測量材料的長度及寬度。不同規(guī)格產(chǎn)品的具體尺寸要求，由供求雙方進(jìn)行協(xié)商。4.21.2電性能體積電阻率應(yīng)≤0.02Ω·cm，垂直雙極板面板方向表面電阻應(yīng)≤0.02Ω·cm2;壓強(qiáng)范圍0.4MPa~0.6MPa，與碳?xì)置娼佑|電阻應(yīng)≤0.05Ω·cm2。~4.21.3機(jī)械性能抗彎強(qiáng)度≥30MPa，抗拉強(qiáng)度≥15MPa，抗壓強(qiáng)度≥30MPa。4.21.4耐久性腐蝕電流密度≤16μA·cm-2，氣體透過率應(yīng)≤2×10-6cm3·cm-2·s-1，質(zhì)量變化表征的耐腐蝕性系數(shù)應(yīng)≤±0.5%，厚度變化率及長度、寬度方向下的線性溶脹率應(yīng)≤±0.5%。5試驗方法5.1試驗條件5.1.1試驗環(huán)境試驗環(huán)境應(yīng)符合下列要求：除非另有規(guī)定，試驗應(yīng)在規(guī)定的環(huán)境中進(jìn)行。溫度：25℃±5℃壓力：86kPa~106kPa空氣濕度：10%～96%海拔：≤2000m5.1.2試驗裝置試驗裝置應(yīng)不低于下列要求：——充放電裝置：電壓、電流、功率的準(zhǔn)確度0.1%FS；——環(huán)境模擬裝置：溫度誤差為±2℃,濕度誤差為±3%，溫度波動度±2℃,濕度波動度——時間測量裝置：誤差為±0.1s；——尺寸測量裝置：誤差為±1mm；——質(zhì)量測量裝置：準(zhǔn)確度0.1%FS，樣品測量誤差±0.5%；——絕緣電阻測試儀：量程0.01MΩ~10GΩ;——氫氣濃度測試儀：誤差為±0.1%；——通過國家計量部門校準(zhǔn)并在有效期內(nèi)的功率、電流、電壓計量儀器或儀表。5.1.3試驗準(zhǔn)備試驗數(shù)據(jù)記錄應(yīng)符合下列要求：a）試驗開始前，應(yīng)記錄試驗樣品信息；7b）試驗過程中，除另有規(guī)定外，試驗裝置設(shè)定的數(shù)據(jù)采集周期不應(yīng)大于預(yù)估的每個試驗步驟的充電或放電時間的1%；c）試驗結(jié)束時，應(yīng)記錄試驗的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。5.2外觀檢測鋅鐵液流電池的外觀檢測按照下列步驟進(jìn)行：a）在良好的光線下，用目測法檢查電池的外觀；b）記錄檢測結(jié)果；c）外觀應(yīng)符合4.2的要求。5.3滲漏檢測鋅鐵液流電池的滲漏測試按照下列步驟進(jìn)行：a）將未充電解液的鋅鐵液流電池出液口處于封閉狀態(tài)；b）在鋅鐵液流電池的所有接口處、所有管路連接接頭和各個部件連接處（如電極框外側(cè)）涂上滲漏檢測液；c）在一定的外加壓力下，將檢漏氣體由鋅鐵液流電池的進(jìn)液口通入；d）觀察鋅鐵液流電池是否有冒泡、漏液等滲漏現(xiàn)象；e）記錄上述測試過程的檢測結(jié)果；f）測試結(jié)果應(yīng)符合4.4的要求。5.4極性檢測鋅鐵液流電池的極性檢測按照下列步驟進(jìn)行：a）用電壓表檢測鋅鐵液流電池的極性；b）記錄檢測結(jié)果；c）極性應(yīng)符合4.5的要求。5.5外形尺寸和質(zhì)量測量鋅鐵液流電池的外形尺寸和質(zhì)量測量按照下列步驟進(jìn)行：a）用量具和衡器測量鋅鐵液流電池的外形尺寸及質(zhì)量；b）記錄檢測結(jié)果；c）外形尺寸和質(zhì)量應(yīng)符合4.6的要求。5.6額定放電能量試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的額定放電能量試驗，其值應(yīng)符合4.8的要求。a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；8b）鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；b）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；d）鋅鐵液流電池以額定充電功率進(jìn)行充電至充電終止電壓；e）鋅鐵液流電池以額定放電功率進(jìn)行放電至放電終止電壓；f）重復(fù)a）～e）步驟3次；g）記錄鋅鐵液流電池最后一次充放電循環(huán)的放電能量和輔助能耗；h）按式（1）進(jìn)行結(jié)果計算。Ed=Esd-Wsd（1）式中：Ed——鋅鐵液流電池系統(tǒng)的凈放電能量，單位為瓦時（W·h）；Esd——由測量儀器記錄的鋅鐵液流電池最后一次循環(huán)的放電能量，單位為瓦時（W·h）；Wsd——由測量儀器記錄的鋅鐵液流電池最后一次循環(huán)的輔助設(shè)備所消耗的能量，單位為瓦時（W·h）。注：對于輔助能耗由鋅鐵液流電池自身供應(yīng)的鋅鐵液流電池，測量儀器記錄的放電能量5.7最大能量試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的最大能量試驗，其值應(yīng)符合4.9的要求。a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；b）鋅鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；c）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；d）鋅鐵液流電池以額定充電功率進(jìn)行充電至充電終止電壓；e）鋅鐵液流電池以額定放電功率進(jìn)行放電至放電終止電壓A；f）繼續(xù)以額定放電功率的30%進(jìn)行放電直至放電終止電壓B；g）重復(fù)a）～f）步驟3次；h）記錄鋅鐵液流電池最后一次充放電循環(huán)的放電能量和輔助能耗；j）按式（2）進(jìn)行結(jié)果計算。Edm=Esdm-Wsdm（2）式中：Edm——鋅鐵液流電池的凈放電能量，單位為瓦時（W·h）；Esdm——由測量儀器記錄的鋅鐵液流電池最后一次循環(huán)的放電能量，單位為瓦時（W·h）；注：對于輔助能耗由鋅鐵液流電池自身供應(yīng)的鋅鐵液流電池，測量儀器記錄的放電5.8額定充放電功率試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的額定充放電功率試驗，其值應(yīng)符合4.10的要求。a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；b）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；c）鋅鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；9d）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓；e）鋅鐵液流電池以恒功率進(jìn)行充電直至充電終止電壓；f）重復(fù)a）～e）步驟3次；g）記錄鋅鐵液流電池充電過程中的最大連續(xù)功率，記為測得的額定充電功率。注：測試的額定充電功率數(shù)值應(yīng)大于或等于產(chǎn)5.9額定能量效率試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的額定能量效率試驗，其值應(yīng)符合4.11的要求。a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；b）鋅鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；c）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；d）鋅鐵液流電池以額定充電功率進(jìn)行充電直至充電終止電壓；e）鋅鐵液流電池以額定放電功率進(jìn)行放電直至放電終止電壓；f）重復(fù)a）～e）步驟3次；記錄三次充放電循環(huán)的充放電能量和輔助能耗；按式（3）進(jìn)行第n（n=1，2，3）能量效率的計算：?n=(Edn-Wdn)/(Ecn+Wcn)×100%（3）式中：?n——第n次測試時鋅鐵液流電池的能量效率；Edn——由測量儀器記錄的第n次循環(huán)放電過程中的放電能量，單位為瓦時（W·h）；Wdn——由測量儀器記錄的第n次循環(huán)放電過程中的輔助能耗，單位為瓦時（W·hEcn——由測量儀器記錄的第n次循環(huán)充電過程中的充電能量，單位為瓦時（W·h）；Wcn——由測量儀器記錄的第n次循環(huán)充電過程中的輔助能耗，單位為瓦時（W·hg）取三次測試計算的能量效率的最小值為額定能量效率。5.10能量保持能力試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的能量保持能力試驗，其值應(yīng)該符合4.12要求。a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；b）鋅鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；c）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；d）鋅鐵液流電池以額定功率進(jìn)行充電直至充電終止電壓；e）鋅鐵液流電池以額定功率進(jìn)行放電直至放電終止電壓；f）連續(xù)重復(fù)a）～e）步驟99次；g）按下式（4）進(jìn)行能量保持能力的計算：R=Ed/Er×100%（4）式中：R——鋅鐵液流電池的能量保持率；Ed——鋅鐵液流電池的凈放電能量，單位為瓦時（W·h）；Er——鋅鐵液流電池的額定放電能量，單位為瓦時（W·h）。5.11充放電特性曲線試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的充電特性曲線的試驗，獲得的充電特性曲線應(yīng)該符合4.13和4.14的要求。a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；b）鋅鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；c）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；d）鋅鐵液流電池以恒功率進(jìn)行充電直至充電終止電壓；e）鋅鐵液流電池以恒功率進(jìn)行放電直至放電終止電壓；f）以5個不同功率值重復(fù)a）～e）步驟；g）繪制以下充電特性曲線：充電能量－時間曲線；充電電壓－時間曲線；充電功率－時間曲線；SOC－時間曲線。注：以額定功率進(jìn)行5.12步驟測試即為額5.12SOC偏差試驗按GB/T33339-2016中的8.1.13規(guī)定進(jìn)行。測試結(jié)果應(yīng)符合4.15的要求。5.13絕緣電阻試驗鋅鐵液流電池的絕緣性能試驗應(yīng)按照下列步驟進(jìn)行：a）鋅鐵液流電池在試驗環(huán)境下擱置不低于1.5h；b）鋅鐵液流電池以額定放電功率恒功率放電至電池的放電終止電壓，靜置30min；c）鋅鐵液流電池以額定充電功率恒功率充電至電池的充電終止電壓，靜置30min；d）將鋅鐵液流電池的正負(fù)極與外部裝置斷開，如電池內(nèi)部有接觸器應(yīng)將其處于吸合狀態(tài)；如電池附帶絕緣電阻監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)將其關(guān)閉；對不能承受絕緣電壓試驗的元件，測量前應(yīng)將其短接或拆除；e）選擇合適電壓等級的絕緣電阻測量儀進(jìn)行測試，試驗電壓施加部位應(yīng)包括電池正極與外部裸露可導(dǎo)電部分之間和電池負(fù)極與外部裸露可導(dǎo)電部分之間；f）記錄試驗結(jié)果；g）測試結(jié)果應(yīng)符合4.16的要求。5.14氫氣濃度試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的氫氣濃度的試驗，測試結(jié)果應(yīng)符合4.17的要求。a）應(yīng)在確認(rèn)安全措施得以保證后進(jìn)行試驗；b）將氫氣濃度測試儀安裝于室內(nèi)及儲液罐最高點的測試位置；c）啟動氫氣濃度測試儀，設(shè)置檢測周期為30s；d）鋅鐵液流電池以額定功率進(jìn)行充電直至充電終止電壓，繼續(xù)保持充電狀態(tài)1h；e）記錄充放電期間兩處檢測點的氫氣值。5.15阻燃性能試驗按照如下步驟，進(jìn)行鋅鐵液流電池的阻燃性能的試驗：a）水平法：按GB/T2408-2021中第8章進(jìn)行，試驗后鋅鐵液流電池的外殼、儲罐、管路及內(nèi)部電極組件的阻燃性應(yīng)符合4.18的要求；b）垂直法：按GB/T2408-2021中第9章進(jìn)行，試驗后鋅鐵液流電池的外殼、儲罐、管路及內(nèi)部電極組件的阻燃性應(yīng)符合4.18要求。5.18過充電保護(hù)試驗鋅鐵液流電池以額定功率充電至充電終止電壓后，繼續(xù)以恒功率進(jìn)行充電，鋅鐵液流電池應(yīng)自動啟動過充電告警功能。應(yīng)符合4.19要求。5.19過放電保護(hù)試驗鋅鐵液流電池以額定功率放電至放電終止電壓后，繼續(xù)以恒功率進(jìn)行放電，鋅鐵液流電池應(yīng)自動啟動過放電告警功能。應(yīng)符合4.20的要求。6檢驗規(guī)則6.1檢驗分類檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。6.2出廠檢驗6.2.1產(chǎn)品出廠前應(yīng)進(jìn)行出廠檢驗，檢驗方式為抽檢，檢驗項目見表1。6.2.2在出廠檢驗中，若有一項或一項以上不合格時，應(yīng)將該產(chǎn)品退回相關(guān)部門返工，再次提交驗收。若再次檢驗仍有一項或一項以上不合格，則判定該產(chǎn)品為不合格。6.2.3檢驗數(shù)量按批次檢驗，批次按供需雙方要求。表1鋅鐵液流電池出廠檢驗規(guī)則序號檢驗分類檢驗項目要求（章、條號）檢驗數(shù)量1出廠檢驗外觀4.2按批次抽樣2額定功率4.103電池額定能量效率4.114絕緣電阻4.166.3型式檢驗6.3.1型式檢驗要求發(fā)生下列情況之一時，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗：——新產(chǎn)品試制或小批試生產(chǎn)；——定期抽試，連續(xù)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品每年不得少于一次；——設(shè)計或工藝的變化足以引起產(chǎn)品的性能改變時；——產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)或長期停止（超過定期抽試期限）生產(chǎn)后又恢復(fù)生產(chǎn)；——客戶有