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GB/T 36276-2023《電力儲能用鋰離子電池》“絕熱溫升特性試驗”解讀及數據展示

  • 發布時間:2024-03-05
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要點回顧

GB/T 36276-2018《電力儲能用鋰離子電池》標準自2018年正式發布實施以來,有效促進了電力儲能及鋰離子電池行業朝著合規有序的方向發展。過去5年,隨著電化學儲能規模的快速擴張,儲能用鋰電池技術取得了顯著進步,同時電池的應用場景更加復雜,為此國家市場監督管理局和國家標準化管理委員會于2023年12月28日發布新版GB/T 36276-2023《電力儲能用鋰離子電池》,并于2024年07月01日起正式實施。新國標增加了過載、振動、高海拔絕緣性與耐壓性能等六項安全性能試驗,并刪改了多項試驗的測試方法以及技術要求。特別地,新國標對熱安全性能試驗中的絕熱溫升特性試驗進行了較大改動,修正了舊版試驗方法存在的試驗流程不明確、技術要求不合理、數據指導價值較低等問題。
本(ben)文重點(dian)通過實測數據比較(jiao)和(he)解讀(du)新舊(jiu)國標(biao)絕熱溫升試驗(yan)(yan)方法的設計(ji)邏輯,闡釋新方法的合理性,便于行(xing)業(ye)用(yong)戶對新國標(biao)要求進行(xing)理解并順利開展實驗(yan)(yan)。

調整內容

GB/T 36276-2023《電力儲能用鋰離子電池》與GB/T 36276-2018版標準的絕熱溫升特性試驗要求對比:

2023版

6.7.4.1 絕熱溫升特性試驗
電(dian)池單體絕(jue)熱溫(wen)(wen)(wen)(wen)升特性試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)按照下列步(bu)(bu)驟進行:a) 將按照 6.2.4.1.1完(wan)成了初(chu)始化充電(dian)的試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)置(zhi)(zhi)于絕(jue)熱模(mo)擬裝置(zhi)(zhi)內,連接溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)數據采(cai)樣(yang)線;b) 設置(zhi)(zhi)絕(jue)熱模(mo)擬裝置(zhi)(zhi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)起始溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei) 40 ℃、試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)溫(wen)(wen)(wen)(wen)升步(bu)(bu)長(chang)為(wei)5℃、試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)終止溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei) 130 ℃、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)數據采(cai)樣(yang)周期為(wei) 0.01 min;c) 加(jia)(jia)熱試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)至(zhi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)達(da)到 40 ℃時保(bao)持(chi)當(dang)前溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du),靜置(zhi)(zhi)5 h,記錄時間(jian)、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du);d) 繼續(xu)加(jia)(jia)熱試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)至(zhi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)達(da)到 45 ℃時保(bao)持(chi)當(dang)前溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du),靜置(zhi)(zhi)1h,記錄時間(jian)、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du);e) 控(kong)制試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)裝置(zhi)(zhi)恒定當(dang)前溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du) 20min,記錄時間(jian)、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du),計算(suan)溫(wen)(wen)(wen)(wen)升速率(lv);f) 以(yi)5℃為(wei)步(bu)(bu)長(chang)逐(zhu)次遞(di)增試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)表(biao)面(mian)(mian)(mian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)至(zhi)130℃,重復(fu)步(bu)(bu)驟 d)~e);g) 停(ting)止加(jia)(jia)熱,待試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)表(biao)面(mian)(mian)(mian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)恢復(fu)至(zhi)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen),拆除數據采(cai)樣(yang)線,取出(chu)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin);h) 記錄試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)現象(xiang),包括(kuo)膨脹、漏液、冒(mao)煙(yan)、起火、爆炸、外殼破裂(lie)及破裂(lie)位置(zhi)(zhi);i) 重復(fu)步(bu)(bu)驟 a)~h)至(zhi)所有試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)完(wan)成試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。

2018版

A.2.8 絕熱溫升試驗
電(dian)池單體(ti)絕熱(re)溫(wen)(wen)升(sheng)試驗按(an)照下列步驟進行:a) 電(dian)池單體(ti)初始(shi)化充電(dian);b) 將(jiang)絕熱(re)加(jia)速量(liang)熱(re)裝(zhuang)置的(de)(de)起(qi)始(shi)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)設定(ding)(ding)為 40 ℃、終止溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)設定(ding)(ding)為 130 ℃,啟動裝(zhuang)置,待溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)達(da)到 40℃ 時(shi)保(bao)持溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)恒(heng)(heng)定(ding)(ding),將(jiang)電(dian)池單體(ti)放入(ru)絕熱(re)腔體(ti)擱置 5h;c) 加(jia)熱(re)裝(zhuang)置以(yi) 0.5 ℃/min 的(de)(de)速率(lv)(lv)升(sheng)溫(wen)(wen),加(jia)熱(re)幅度(du)(du)(du)每達(da)到 10 ℃時(shi)保(bao)持當(dang)前溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)恒(heng)(heng)定(ding)(ding)20min,裝(zhuang)置的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)準(zhun)確(que)度(du)(du)(du)推薦為±0.2 ℃,升(sheng)溫(wen)(wen)速率(lv)(lv)準(zhun)確(que)度(du)(du)(du)推薦為±0.02℃/min;d) 實時(shi)監測電(dian)池單體(ti)表面中心點的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)數(shu)據采樣周(zhou)期不(bu)應大于(yu) 10ms,溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)傳感器準(zhun)確(que)度(du)(du)(du)應為±0.05℃;e) 參(can)見附(fu)錄B表B.6 記錄不(bu)同溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)恒(heng)(heng)定(ding)(ding)階段的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)點對應的(de)(de)電(dian)池單體(ti)溫(wen)(wen)升(sheng)速率(lv)(lv);根據記錄的(de)(de)試驗數(shu)據作溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)-電(dian)池單體(ti)溫(wen)(wen)升(sheng)速率(lv)(lv)曲線。

2023版

5.6.4.1 絕熱溫升特性
電池單(dan)體(ti)絕(jue)熱溫(wen)(wen)升特性應滿(man)足下列要(yao)求:a) 表面溫(wen)(wen)度小(xiao)于或等于電池單(dan)體(ti)高溫(wen)(wen)一級報(bao)警溫(wen)(wen)度時,溫(wen)(wen)升速(su)率小(xiao)于 0.02 ℃/min;b) 不起火,不爆(bao)炸,不在防爆(bao)閥或泄壓點之(zhi)外的位置發生(sheng)破裂。

2018版

5.2.1.5 絕熱溫升

應提(ti)供絕熱條件(jian)下電(dian)池單體不同溫度點對(dui)應的(de)溫升速率數據(ju)表(biao),且應提(ti)供根據(ju)記錄(lu)的(de)試驗(yan)數據(ju)作(zuo)出的(de)溫度-溫升速率曲線。

2023版

6.1.2.4 絕熱模擬裝置
絕熱(re)模擬裝置主要技術指標應滿(man)足表5要求。


表1 絕熱溫升試驗技術要求對比

分析新(xin)國標試驗方法的(de)調整內(nei)容,可以(yi)總(zong)結以(yi)下幾個方面變化:

01 試驗方法更貼近HWS模式
試驗方法更貼近在行業內受到普遍認可且成熟可靠的HWS電池絕熱熱失控測試方法,表征電池自放熱特性更具科學性;
02 首次明確電池檢驗合格標準
首次明確了電池試樣的檢驗合格標準,將絕熱溫升特性判定結論與生產廠家提供的安全預警條件相關聯,標準要求更合理、更具有可執行性;
03 首次明確測量裝置技術指標
首次明確了測量裝置的技術指標要求,需使用具備絕熱試驗功能的電池絕熱量熱儀等絕熱模擬裝置,規避了行業內使用烘箱等難以達到絕熱條件的不規范設備應對試驗。
04 試驗方法和記錄內容更完善
試驗方法和記錄內容更完善,除檢測電池溫升速率外,明確需觀察實驗中電池出現的現象,從而綜合評估電池的熱安全性。

數據對比

1.樣品準備

實驗樣品:280Ah磷酸鐵鋰電芯*2。

2.實驗條件

實驗儀器:杭州仰儀科技有限公司BAC-420A大型電池絕熱量熱儀;
工作模式:絕熱溫升模式-2018,絕熱溫升模式-2023;
環境溫度:20±3℃。

3. 實驗結果

圖3 (a)GB/T 36276-2018和(b)GB/T 36276-2023絕熱溫升(sheng)特性試驗電池升(sheng)溫曲線


圖4 (a)GB/T 36276-2018和(b)GB/T 36276-2023絕熱溫升特性試驗電池(chi)溫升速率-溫度曲線


表(biao)2 電池(chi)單體絕熱溫升特性(xing)試驗數據(ju)記(ji)錄表(biao)

執行(xing)舊國標絕(jue)(jue)熱(re)(re)溫(wen)(wen)升(sheng)(sheng)試驗(yan)時,由于僅(jin)規(gui)定(ding)程(cheng)序(xu)控(kong)制絕(jue)(jue)熱(re)(re)加(jia)速量(liang)熱(re)(re)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),而電(dian)池樣(yang)品由于自身熱(re)(re)容較大升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)相對(dui)(dui)滯后,從而導(dao)(dao)致電(dian)池樣(yang)品與絕(jue)(jue)熱(re)(re)量(liang)熱(re)(re)儀爐體之(zhi)間的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)差較大(如(ru)圖(tu)3a),爐體對(dui)(dui)電(dian)池樣(yang)品存在(zai)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)過加(jia)熱(re)(re)現象,測定(ding)得(de)到(dao)的(de)(de)(de)不同(tong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)點對(dui)(dui)應(ying)的(de)(de)(de)電(dian)池溫(wen)(wen)升(sheng)(sheng)速率明顯(xian)偏大,如(ru)圖(tu)4a和(he)表(biao)2所(suo)示;而新國標規(gui)避了上(shang)述問題(ti),明確電(dian)池樣(yang)品需達到(dao)目標臺階溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)后繼續(xu)恒溫(wen)(wen)60min,使(shi)電(dian)池在(zai)絕(jue)(jue)熱(re)(re)模(mo)擬裝(zhuang)置(zhi)中處于良(liang)好的(de)(de)(de)絕(jue)(jue)熱(re)(re)環境后再繼續(xu)搜尋20min,檢(jian)測其溫(wen)(wen)升(sheng)(sheng)速率。如(ru)圖(tu)4b所(suo)示,此時測定(ding)得(de)到(dao)的(de)(de)(de)電(dian)池溫(wen)(wen)升(sheng)(sheng)速率完(wan)全取決于電(dian)池內(nei)部自放(fang)熱(re)(re)反(fan)應(ying),能夠(gou)反(fan)映電(dian)池在(zai)目標溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下的(de)(de)(de)副反(fan)應(ying)、自放(fang)電(dian)速率和(he)表(biao)觀(guan)反(fan)應(ying)動力學(xue)特征,科(ke)學(xue)地表(biao)征其熱(re)(re)穩定(ding)性,對(dui)(dui)于電(dian)力儲能行(xing)業用鋰離子電(dian)池在(zai)使(shi)用中的(de)(de)(de)熱(re)(re)管理和(he)安全預警更(geng)加(jia)具有指(zhi)導(dao)(dao)意義。

圖5 GB/T 36276-2023絕熱溫升特性(xing)試驗升溫曲線局部特征(zheng):(a)首(shou)臺階;(b)速(su)率檢測臺階

新國標絕熱溫升特性試驗在電池單體達到首臺階目標溫度40℃后需保持恒定5h(圖5a),從而使電池內外部溫度充分達到平衡;另一方面,如圖5b,新國標試驗臺階溫升步長設置為5℃,每個臺階溫度平衡1h后繼續搜尋20min,計算20min內的溫升速率,該款電芯溫升速率達到0.02℃/min對應的溫度臺階為105℃,該溫度應大于電池廠商宣稱的電池單體高溫一級報警溫度。

結論與展望

根據分(fen)析與實測結果(guo),GB/T 36276-2023《電(dian)力儲(chu)能用(yong)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池》絕(jue)熱溫升特性(xing)試驗能夠(gou)科(ke)學、準確地測定電(dian)池在絕(jue)熱環境中的自放(fang)熱溫升速率,為電(dian)力儲(chu)能相(xiang)關行業更安全地使用(yong)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池提(ti)供指導。