T_CIAPS 0016-2022 储能用锂离子电池系统安全评测技术规范.pdf-solarbe文库

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ICS 29.220CCS K82 团体标准 T/CIAPS0016-2022储能用锂离子电池系统安全评测技术规范 Requirements for the safety evaluation of lithium-ion battery system for energystorage application 2022年 3月 3日发布 2022年 3月 15日实施中国化学与物理电源行业协会发布全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 I 目次前言 .III引言 .IV1 范围 .12 规范性引用文件 .13 术语和定义 .14 缩略语及符号 .44.1 缩略语 .44.2 符号 .4 5 安全等级描述 .55.1 电池系统安全测试结果等级描述 .55.2 电池系统安全预警等级描述 .66 通用安全设计要求 .66.1 通用安全设计 .66.2 绝缘和线束 .66.3 泄气设计 .66.4 温度 /电压 /电流管理 .66.5 电池单体、电池模块、电池包集成为电池系统 86.6 电池系统中电池安全运行范围 .86.7 电池包 /电池系统端子 .87 试验条件 .9 7.1 通用要求 .97.2 试验环境条件 .97.3 测量仪器仪表精度 .97.4 标准充放电条件 .98 试验方法 .108.1 环境及可靠性试验方法 .108.2 安全试验方法 .128.3 故障诊断及安全预警试验方法 .168.4 异常保护功能试验方法 .169 抽样及检测规则 .179.1 测试环境安全要求概述 .179.2 型式试验 .18 10 标志、包装、运输与贮存 .1810.1 标志 .1810.2 包装 .19全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 II 10.3 运输 .1910.4 贮存 .19附录 A （资料性）储能用锂离子电池系统范围 20附录 B （资料性）典型锂离子电池系统结构 21附录 C （资料性）电池安全运行范围 22附录 D （资料性）发烟速率测试方法 25附录 E （资料性）电池系统故障诊断功能测试方法 . 26附录 F （资料性） SOC估算精度测试方法 .27附录 G （资料性）电池系统安全评估计分表 28 全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 III 前言本文件按照 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。本标准由中国化学与物理电源行业协会提出并归口。本标准牵头起草单位华为数字能源技术有限公司。本标准参与起草单位平高集团储能科技有限公司、华中科技大学、浙江正泰新能源开发有限公司、清华四川能源互联网研究院、北京低碳清洁能源研究院、江苏海四达电源股份有限公司、江苏海基新能源股份有限公司、中汽研汽车检验中心（广州）有限公司、东莞新能安科技有限公司、广州鹏辉能源科技股份有限公司、通标标准技术服务有限公司、广州邦禾检测技术有限公司、富能宝能源科技集团有限公司、上海采日能源科技有限公司、浙江蓝盾电工新材料科技有限公司、武汉瑞科美新能源有限责任公司、武汉云侦科技有限公司、江苏天合储能有限公司、浙江华云信息科技有限公司、合肥国轩高科动力能源有限公司、中天储能科技有限公司、湖南立方新能源科技有限责任公司、福建星云电子股份有限公司、深圳库博能源科技有限公司、北京慕成防火绝热特种材料有限公司、上海玫克生储能科技有限公司、浙江金凤凰储能科技有限责任公司、广东振兴消防设备有限公司、科华数据股份有限公司、上海派能能源科技股份有限公司、深圳市欣旺达综合能源服务有限公司、国家电投集团科学技术研究院有限公司、浙江高泰昊能科技有限公司、易事特集团股份有限公司、瑞浦能源有限公司、北京前沿之锤储能技术有限公司、上海电巴新能源科技有限公司、三河同飞制冷股份有限公司、哲弗智能系统（上海）有限公司、珠海冠宇动力电池有限公司、固德威技术股份有限公司、远景能源有限公司、深圳硕日新能源科技有限公司、深圳市嘉名科技有限公司、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、中节能太阳能科技有限公司、惠州市豪鹏科技有限公司、力容新能源技术天津有限公司、华能天成融资租赁有限公司、四川赣盛新能源工程设计有限公司、杭州格致检测科技有限公司、东方醒狮储能电池有限公司、深圳市德兰明海科技有公司、中国电建集团江西省电力建设有限公司、江苏林洋亿纬储能科技有限公司、浙江南都能源互联网有限公司、吉林省金冠电气股份有限公司、萧县鑫辉源电池有限公司、格力钛新能源股份有限公司、中国质量认证中心、新风光电子科技股份有限公司、湖北亿纬动力有限公司、国网天津市电力公司电力科学研究院、比亚迪汽车工业有限公司、天津瑞能电气有限公司、杭州协能科技股份有限公司、维龙（镇江）机电科学研究院有限公司、江西安驰新能源科技有限公司、上海乐驾科技有限公司、厦门海辰新能源科技有限公司、广州智光储能科技有限公司、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会。本标准主要起草人朱静、田刚领、支菡倩、方煜、苗灵芬、曹元成、江伟、梁惠施、杨文强、茅海忠、葛科、罗运俊、肖质文、范克峰、宿斌、苗春茂、杨丰艺、李峰、钟允晖、李首顶、刘伦、肖斌、许君杰、何振宇、缪永华、涂健、刘震、钟丽伟、慕雷、殷琪琪、杜宏、欧阳慧安、曾春保、蔡雪峰、康志华、白宁、张伟峰、熊焰、刘思、陈雷、刘炳、陈振国、王亮、邹序平、杨洪迁、钱振华、杨桂贤、张毅鸿、张爱芳、姜利凯、唐石平、刘萍、林佳荔、冯中号、陈磊侃、钟旭航、雷健华、吴昌垣、曾繁鹏、谭建国、于洪卫、王一军、蒋世用、李海鹏、任其广、魏泽席、李谦、李善鹏、赵家欣、李志强、王洪旗、谢爱亮、潘多昭、孙逸远、石本星、江卫良、刘勇。本标准为首次发布。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 IV 引言本引言旨在介绍本文件要求所依据的原则，本文件范围规定的储能用电池系统的安全与电池材料、电池及电池系统结构设计及使用条件有关。其中使用条件包括正常使用条件、合理的可预见滥用条件和可预见的故障状态、危害等。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 1 储能用锂离子电池系统安全评测技术规范1 范围本文件规定了储能用锂离子电池系统产品安全测试条件及安全量化分级方案。本文件适用于储能用锂离子电池系统，包含电源侧储能、电网侧储能和用户侧储能应用场景，如风/光电站储能、一次 /二次调频储能、调峰储能、数据中心储能、通信用储能、充电设施储能、工商业储能、户用储能场景等。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 3836.4-2010 爆炸性环境第 4部分由本质安全型 “ i” 保护的设备GB 38031-2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求GB 40165-2021 固定式电子设备用锂离子电池和电池包安全技术规范GB/T 191 包装储运图示标志GB/T2423.4-2008 电工电子产品环境试验第 2部分试验方法试验 Db 交变湿热（ 12h12 h循环）GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件GB/T 36276-2018 电力储能用锂离子电池IEC60664-1 2020 低压供电系统内设备的绝缘配合 - 第 1部分原则、要求和试验（ Insulationcoordinationfor equipmentwithin low-voltagesupplysystems-Part1 Principles,requirementsand tests）IEC61882 2016 危险与可操作性分析（ HAZOP 分析）应用指南（ Hazard andoperabilitystudies （ HAZOP studies） -Application guide）IEC62619 2017 含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 -工业设备用锂蓄电池和电池组安全要求（ Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes-Safety requirements for secondary lithium cells and batteries, for use in industrialapplications）UL 9540A 2019 评估电池储能系统中热失控火灾传播的测试方法（ Test Method for EvaluatingThermal Runaway Fire Propagation in Battery Energy Storage Systems）3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 电池单体 cell全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 2 实现化学能和电能相互转化的基本单元，由正极、负极、隔膜、电解质、壳体和端子等组成。[来源 GB/T 36276-2018，定义 3.1.1]3.2 电池模块 battery module多个电池单体采用串联或并联的连接方式组合在一起的装置，可能有也可能没有外壳、保护装置（如熔断器或正温度系数热敏电阻）、消防模块和监控电路。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.9,有修改 ]3.3 电池包 battery pack由一个或多个电池单体或电池模块电气联接的能量存储装置。注 1 它可以包括给电池包系统提供信息（如电池电压）的保护和监控装置。注 2 它可以包含由终端或其他互联装置提供的保护罩。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.10，有修改 ]3.4 电池系统 battery system由一个或多个电池单体或电池模块或电池包组成的系统。电池系统可以包含功率转换、电池管理系统、冷却系统和电池均衡系统等部件。注 1 如果电池管理系统含内置功率转换系统，可集成进行测试。注 2 它可以包含冷却或加热装置，有的甚至包含了充放电模块。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.11，有修改 ]3.5 电池管理系统 battery management system （ BMS）与电池模块或电池包相连的监测电池的电压、电流、温度等参数信息，为电池提供通信接口、并具保护等功能的本地或云端装置。包括电池监控单元（ BMU）、电池控制单元（ BCU）、温度管理、均衡等装置，也可以监控和（或）管理电池的状态，计算二次数据、报告数据和（或）控制环境以影响电池包的安全、性能和（或）使用寿命。 BMS的功能可能分配给电池包或使用电池包的设备。注 1 BMS 的功能可在电池系统上，也可在使用电池系统的设备上。注 1 BMS 可以被分开，有可能一部分在电池系统内，一部分位于应用端。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.12，有修改 ]3.6 安全 safety无不可接受的风险。 [来源 IEC 62619 2017，定义 3.1]3.7 风险 risk发生危害的可能性和危害严重性的结合。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.2]3.8全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 3 伤害 harm对人体健康、资产、或环境造成物理损坏或伤害。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.3]3.9 危害 hazard潜在的伤害根源，包括短时间对人身和财物的伤害（如着火和爆炸），以及那些对人身健康长时间的损害（如有毒物质释放）。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.4，有修改 ]3.10漏液 leakage 可见的液体电解质漏出。[来源 GB 40165-2021，定义 3.21]3.11泄气 venting从预设的破裂或爆炸泄压结构释放电池单体、电池模块、电池包或电池系统中过大的内部压力。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.14，有修改 ]3.12热失控 thermal runaway电池单体放热连锁反应引起的电池温度不可控上升的现象。[来源 GB 38031-2020，定义 3.14] 3.13破裂 rupture由于内部或外部因素引起电池包或电池系统外壳的机械损伤，导致内部物质暴露或少量固体物质溢出，但没有剧烈喷出。[来源 GB 40165-2021，定义 3.22，有修改 ]3.14起火 fire电池单体、电池模块、电池包或系统任何部位发生持续燃烧（单次火焰持续时间＞ 1s），火花及拉弧不属于燃烧。[来源 GB 38031-2020，定义 3.11] 3.15爆炸 explosion突然释放足量的能量产生压力波或者喷射物，可能会对周围区域造成结构或物理上的破坏。[来源 GB 38031-2020,定义 3.10]全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 4 3.16预期应用 intendeduse根据供应商提供的规范、说明和信息使用产品、过程或服务。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.5]3.17合理的可预见滥用 reasonably foreseeable misuse没有按照供应商预期使用产品、过程或服务，但可能确实由于人类预期行为引起的。[来源 IEC 62619 2017，定义 3.6]3.18热扩散 thermal propagation 电池包或电池系统内由一个电池单体热失控引发的其余电池单体接连发生热失控的现象。[来源 GB 38031-2020，定义 3.15]3.19本质安全 intrinsic safety优化设计、制造等方案，达到电池单体不需要依靠外部措施即可保证安全的状态。[来源 GB 3836.4-2010，定义 3.1.1，有修改 ]4 缩略语及符号4.1 缩略语下列缩略语适用于本文件。 CAN 控制器局域网（ Controller Area Network）EMS 能量管理系统（ Energy Management System）FS 满量程（ Full Scale）HSL 危害等级（ Hazard Severity Level）PCS 电能转换系统（ Power Conversion System）PTC 正温度系数（ Positive Temperature Coefficient）RS-485 485推荐标准（ Recommended Standard 485）SOC 荷电状态（ State Of Charge）WL 预警等级（ Warning Level）4.2 符号下列符号适用于本文件。E 能量 V 电压In n小时率放电电流（ A），其数值等于额定容量值的 1/nTmax 电池监测最高温度Tup limit 电池工作温度上限全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 5 Umax 电池最大工作电压δT 温度变化5 安全等级描述5.1 电池系统安全测试结果等级描述按照第 8章进行测试，测试过程中及结束后观察 1h内现象符合表 1危害分级条件，则判定为该危害等级。表 1 电池系统安全测试结果等级描述危害等级（ HSL）描述判定条件0 本质安全，无功能损伤 1.环境可靠性测试，无影响，且功能正常；2.热扩散测试触发对象单体无热失控；3.被测单元中电池包箱体无变形，无漏液、无泄气、无冒烟、无起火、箱体无破裂、无爆炸；4.被测单元监测最高温度 Tmax≤工作温度上限 Tup limit（热失控扩散测试除外）。1 可逆功能失效或可逆性保护动作 1.环境可靠性测试，可逆功能失效（含可恢复性保护装置动作）；2.热扩散测试触发对象单体无热失控；3.被测单元中电池包箱体无变形、无漏液、无泄气、无冒烟、无破裂、无起火、无爆炸； 4.被测单元监测最高温度 Tmax≤工作温度上限 Tup limit（热失控扩散测试除外）。2 不可逆功能失效、热失控无扩散、轻微泄气、轻微漏液、轻微冒烟 1.环境可靠性测试，不可逆功能失效（含被动保护装置动作或功能器件损坏等）；2.热扩散测试除触发对象单体被触发热失控外，未扩散到其它相邻的电池单体；3.被测单元中电池包轻微漏液 a、泄气、轻微冒烟 /白烟 b；4.被测单元监测最高温度 Tmax＞工作温度上限 Tup limit（热失控扩散测试除外）；5.被测单元中电池包无变形、无起火 /无碳化、无破裂、无爆炸。3 碳化、热失控电池包内扩散，严重漏液或泄气，大量冒烟 1.被测单元中电池包严重漏液 c、泄气、严重冒烟 /灰黑烟；2.热扩散测试除触发对象单体被触发热失控外，电池包内部分扩散 d到相邻电池单体，但电池包未热失控；3.被测单元中电池包结构部件或电气部件碳化面积 ≤20，无起火；4.被测单元中电池包箱体轻微变形 e、无破裂、无爆炸。4 破裂 1.被测单元中电池包箱体严重变形 f或破裂、无起火、无爆炸；2.热扩散测试，除被测电池单体热失控外，电池包内部分扩散 4到相邻电池单体。5 起火 1.被测单元中电池包起火、无爆炸，与被测单元距离 100 mm 的环氧树脂板表面温升 δT＞ 97 ℃且持续 3 s 以上。2.热扩散测试，除被测电池单体热失控外，被测电池包热失控 g，但未扩散到相邻电池包。6 爆炸 1.被测单元中电池包热失控爆炸；2.热扩散测试，除被测电池单体热失控外，被测电池包热失控，扩散到相邻电池包。a 轻微漏液被测单元测试前后质量损失 ≤总注液量 50；b 冒烟参考附录 D发烟速率测试方法；全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 6 c 严重漏液被测单元测试前后质量损失＞总注液量 50；d 电池包内热失控部分扩散与被触发电池单体相邻的电池单体发生热失控，判定为被测单元电池包内部分扩散；e 轻微变形被测电池包或电池系统外观尺寸任意方向最大形变量＜ 15或轻微结构损坏；f 严重变形被测电池包或电池系统外观尺寸任意方向最大形变量 ≥15或外壳结构开裂；g 电池包热失控被测电池包发生 8.2.10.1热失控现象，判定为被测电池包热失控。5.2 电池系统安全预警等级描述电池系统热失控预警能力根据 8.3.2测试结果判定，具体定义如表 2表 2 电池系统热失控预警等级能力热失控预警等级（ WL）判定标准Ⅰ（天级预警）被测电池系统触发热失控，提前告警时间 ≥12 hⅡ（小时级预警）被测电池系统触发热失控， 0.5 h≤提前告警时间＜ 12 hⅢ（分钟级预警）被测电池系统触发热失控， 5 min≤提前告警时间＜ 0.5 hⅣ（无有效预警）被测电池系统触发热失控，提前告警时间＜ 5 min6 通用安全设计要求 6.1 通用安全设计电池系统的安全测试应考虑以下两个场景 a 预期应用；b 合理的可预见滥用。电池模块、电池包和电池系统的设计和制造需同时确保在预期应用及合理的可预见滥用两个情形下的安全性。建议在预期应用的情形下电池不仅要保证安全，也要确保各方面的功能性不受损坏；电池在合理的可预见滥用情形下可失去其功能性，但不能造成任何严重危害或灾害。6.2 绝缘和线束绝缘和线束应可承受最大预期电压、电流、温度、湿度和海拔的要求。电气设计应确保导电体之间保持足够的电气间隙和爬电距离符合 IEC60664-1低压电气安全设计规范。电池系统（电池单体 /电池模块 /电池包 /BMS）及其连接的机械完整性应充分考虑合理的可预见滥用情况。 6.3 泄气设计电池模块、电池包和电池系统的外壳宜具备压力释放能力或泄气装置，防止电池外壳破裂或爆炸。电池模块、电池包或电池系统封装和密封方法不应导致电池系统在正常运行期间出现过热，结构也不应阻挡压力的泄放。6.4 温度 /电压 /电流管理全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 7 6.4.1 通用要求电池系统的设计应防止电池温度异常升高，需确保系统中电池在制造商规定的电压、电流和温度范围内工作。注必要时，需提供在充电和放电过程将电流限制在安全水平的控制方法。6.4.2 功能要求6.4.2.1 采集功能电池系统应能监测或者通过其他方式获取电池的状态数据，应包含但不限于电池系统总电压、电池包电压、电池模块电压、电池单体电压、电池系统电流、电池包电流、电池模块电流、电池系统及电池包内部温度等参数。6.4.2.2 自检功能电池系统应具有自检功能，对主要功能进行初步筛查和识别，对严重影响使用和安全的功能异常给出告警。6.4.2.3 信息交互功能电池系统宜具有与 PCS、 EMS、消防系统、监控系统、温控系统、电池等不同级别监控单元之间信息交互的功能，通信协议应遵循相关规范。电池系统宜具备 RS-485/CAN、硬接点等通信接口。6.4.2.4 均衡功能电池系统应具有均衡功能，宜具有电池单体、电池模块、电池包多级均衡功能。电池模块完成均衡后，要求内部不同电池单体间的动态压差在充电时不大于 10mV。6.4.3 状态参数精度6.4.3.1 总电压总电压检测精度应满足 ±1FS。6.4.3.2 总电流总电流检测精度应满足 ±0.5FS。6.4.3.3 电池单体电压电池单体电压检测精度应满足 ±0.2 FS，且最大误差的绝对值应不大于 5mV。6.4.3.4 温度对于电池系统，在 -20℃ 65℃（包含 -20℃和 65℃）范围内温度检测精度应满足 ±1℃；在 -40 ℃20 ℃ 以及 65 ℃ 125 ℃（或电池管理系统标定的最高测量温度）范围内，温度检测精度应满足 ±3 ℃，采样周期应不大于 1s。 6.4.3.5 SOC估算电池系统 SOC估算的累积误差应不大于 5。6.4.3.6 绝缘电阻全国团体标准信息平台 T/CIAPS0016-2022 8 针对标称总电压 400V及以上的电池系统，绝缘电阻检测相对误差应不大于 ±20；而针对标称总电压 400V以下的电池系统，绝缘电阻检测相对误差不大于 ±30。若绝缘电阻不大于 50kΩ，检测精度应满足 ±10kΩ。注如电池系统在低绝缘状态下仅具备绝缘报警功能，可不进行绝缘电阻精度测试。6.4.4 故障诊断电池系统应具有故障诊断、故障信息记录以及故障处理功能，如故障上报、实时警示和故障保护等。故障诊断的基本项目不限于表 3所列项目，可由 BMS或其他安全管理系统共同完成。表 3 电池系统故障诊断试验项目序号故障