太阳光伏能源用铅酸蓄电池认证技术规范

1、CGC 北京鉴衡认证中心认证技术规范 CGC/GF004:2007太阳光伏能源系统用铅酸蓄电池认证技术规范Technical specification forlead-acid batteries for solar photovoltaic energy system certification (备案送审稿 2007-X-XX 发布 2007-X-XX 实施 北京鉴衡认证中心 发布目 录前 言 . 1 1范围 . 2 2规范性参考文献 . 2 3定义 . 2 4一般运行条件 . 4 4.1维持时间 . 4 4.2典型放电电流 . 4 4.3日循环 . 4 4.4季节性循环 . 4 4.5

2、高荷电态期 . 5 4.6低荷电态期 . 5 4.7电解液分层 . 5 4.8运输 . 5 4.9储存 . 64.10运行温度 . 65容量 . 7 6循环耐受能力(电池寿命 . 7 7充电控制 . 8 8荷电保持 . 8 9充电效率 . 8 10过放电保护 . 9 11机械耐受能力 . 9 12合格实验程序 . 10 13测量设备的精度 . 11 14试验样品的准备和维护 . 11 15容量试验 . 11 16低荷电条件下的充电效率试验 . 12 16.1循环条件 . 12 16.2循环持续时间 . 13 16.3判定 . 13 17循环耐久试验 . 13 17.1标准的容量测试 . 13

3、17.2容量电流标定 . 13 17.3确定充电方法 . 14 17.4循环耐久试验 . 14 17.5判定 . 14 18荷电保持能力试验 . 14 19标识以及提供文件确认 . 15 20合格标志 . 15 附录 A (资料性的,试验分类 . 16前 言为了适应我国光伏发电系统对铅酸蓄电池的技术要求,提高我国光伏发电系统用铅酸蓄电池 的技术水平,特制定本认证技术规范。本规范主要参考了国际光伏认证体制(PVGAP制定的 PVRS5A 太阳光伏能源系统用铅酸蓄 电池技术条件 ,并对原标准中循环耐久试验的检测方法和判定进行了修改和完善。本技术规范由北京鉴衡认证中心提出并归口。本技术规范起草单位:

4、北京鉴衡认证中心、山东圣阳电源实业有限公司、信息产业部化学物 理电源产品质量监督检验中心、信息产业部邮电工业产品质量监督检验中心。本技术规范主要起草人:王宗、周庆申、余华强、余斌。太阳光伏能源系统用铅酸蓄电池认证技术规范1范围本技术规范规定了太阳能光伏系统用铅酸电池的一般要求, 以及判定蓄电池是否 适用于太阳能光伏应用而需要进行的试验程序。本技术规范中不包含与电池尺寸,充电方式以及光伏系统设计有关的特定信息。2规范性参考文献下述标准所包含的条文, 通过在本规范的引用而构成本规范的一部分。 对于标明 日期的参考文件,其后的修订文件,在本标准中均不适用。IEV 60050(486:1991 国际电

5、工词汇表 第486章:蓄电池和蓄电池组IEC 60051-2:1984 直接作用模拟指示电测量仪表及其附件 第二部分:电流表和 电压表特殊要求IEC 60359:1987 电气和电子测量设备的性能的表示IEC 60485:1974 数字电子直流电压表和直流电子模拟数转换器IEC 60721-1:1990 环境条件分类 第1部分:环境参数及其严酷程序IEC 60896-1:1987 固定式铅酸蓄电池 一般要求和检验。第1部分:封闭式电池 IEC 60896-2: 1995 固定式铅酸蓄电池 一般要求和检验。第2部分:阀调节型 IEC 61836:1997 太阳光伏能源系统 术语和符号3定义3.1

6、负载循环单体电池或电池组的运行条件。 包括很多因素诸如充放电率和环境条件、 放电深 度、循环次数和循环方式、温度、处于开路状态的时间。3.2负载循环容量一个单体电池或电池组的容量应符合负载循环的要求。3.3安时容量一个单体电池或电池组的安时容量应该标明其特定的条件, 例如充电条件、 放电 率、温度和终止电压。3.4电池容量电池总的安时容量应该是一个全充电的电池以给定的放电率放电至指定的终止 电压所得到的。3.5C 10电池的额定容量是指以一个恒定的放电电流全部放电至 10h 所得到的容量。 3.6维持天数一个完全充电的电池在没有接收到如光伏阵列等外部电源充电的状态下所支持 负载的天数。3.7深

7、循环电池一种电池,设计的目的是在减少额定容量 20%的状态下,不损坏或者不正常的 寿命减少。3.8充电终压电池在充电电源充电时正常的终止电压或持续恒压充电时的电压。3.9额定容量一个完全充电的电池在特定的条件如温度、电流、终压下,当放电至终止电压时 所给出的全部电量。3.10端电压在任何时候,不论是电池在充电、放电或开路状态下,所得到的端电压。3.11充电放电效率试验效率试验是指样品在全充电状态下放电至终止电压,然后再充电至放电的安时 数,再次放电至终止电压。3.12部分荷电态效率试验效率试验, 是指通过一个充电状态的系列, 指定在部分充电 (放电 状态下进行, 考虑在光伏系统中的运行条件。3

8、.13部分荷电态循环次数试验试验在一个确定的光伏系统上进行, 考虑光伏系统中运行条件, 工作在部分充电 (放电状态,模拟在典型的 SHS 应用中的阳光辐射条件来评估充电和放电。 3.14部分荷电态安时效率在 A.5效率试验中放电量对充电量的比率。3.15部分荷电态瓦时效率在 A.5效率试验中放出瓦时数与充入瓦时数的比率。3.16部分放电终压在 A.5效率试验中放电终止时的电压。3.17部分充电终压在 A.5效率试验中充电完毕时的电压。4一般运行条件一个典型的独立光伏系统中, 在一般的天气条件下, 蓄电池运行会经受以下条件: 4.1维持时间在最小或几乎没有阳光照射的特定条件下, 用于提供能量的电

9、池的持续期为 1-15天。4.2典型放电电流典型充电电流主要由光伏组件提供,这在太阳能户用系统 (SHS中更为常见a 典型最大充电电流 I 20= C20/20 hb 典型平均充电电流 I 50 = C50/50 h放电电流的大小则受负载影响典型平均放电电流 I 120 = C120/120 h受系统设计的影响,充电和放电电流会在很大的范围内发生变化。4.3日循环电池进行正常的每天的非闭合式循环: 白天进行充电 晚上进行放电 典型的日常放电量达到蓄电池容量的 2 % -20%4.4季节性循环因为如下不同的平均充电条件,电池可能会进行季节性的部分荷电态的循环。 在太阳照射较少的时段,例如在雨季,

10、独立光伏系统产生较少的电量。电池的荷 电态(有效容量会减少到额定容量的 20%。太阳照射较多的时段, 例如旱季将会使电池处于完全充电或过充电状态。 在这些 条件下,如果充电控制器不能很好的运行电池就会过充。4.5高荷电态期例如在高强度太阳照射的旱季,电池会在额定容量的 80% - 100 %的高荷电水平 下工作,电压调节系统一般会限制电池充电的最大电压。注:在自我调节的PV系统中,电池电压不仅受到BCR(充电调节器的限制还受 到光伏组件特性的限制。系统设计者一般会选择最大蓄电池电压以避免使蓄电池在充电季节很快就达到 最高荷电态,造成蓄电池的过充。在开口式电池中过充会增加气体的产生量并导致 水的

11、消耗。在阀控铅酸电池中,过充会使气体析出量增加以及热量的产生。一般铅 酸电池的最大单体电压限制为 2.4 V。一些电池调节器允许电池电压在均衡充电或快 速充电时短时间的超过这个值,这也会帮助防止电解液层化。如果电池运行温度偏 离 20 很多的时候就要进行温度补偿。4.6低荷电态期在太阳照射较少的时候, 由太阳辐射产生的能量不能有效的使电池再充电。 这样 电池荷电状态就会下降,并在低荷电态下进行循环。4.7电解液分层铅酸电池中会发生电解液分层。 在开口式铅酸电池中, 使用期间搅动电解液或者 周期性的过放就会避免层化。不管电池是什么类型,开口的还是密封的,平板的还是管式极板的,层化都是一 个非常关

12、键的词。 它与蓄电池和充电控制之间的配置有着非常重要的关系。 如果在差 的再充电条件下,发生电解液层化,那就产生了不可逆转的硫酸盐化,因此就会迅速 产生不可逆转的容量下降。4.8运输电池一般在难以接近的地方工作,遥远而且运输工具很难到达。因此电池的运输 条件是十分险恶的。这样,运输过程中就要使用合适的包装用来保护电池。铅酸电池可采用干荷电的运输方式,即采用电解液单独运输的方式。当铅酸电池 在湿荷电条件下运输时,建议运送地点不要太远并容易到达。灌满电解液的电池在出 厂前要完全充满电,因为新用户在开始的时候可能过度使用 PV 系统。除非天气适宜 并且允许快速完全充电, 那么使用一个荷电差的电池就会

13、迅速导致不可逆转的容量下 降。4.9储存蓄电池的生产厂提出的储存条件需要严格遵守。如果没有的话,可以假定为一 般的气候条件,如表1.电池储存周期电池类型 温度范围 湿度(RH带液 不带液铅酸电池 -2040 <95% 6个月以内表 1 电池储存环境条件的温度范围对于准备发运的已经灌满电解液并充满电的电池来说储存期间的环境温度 再充电前的最大储存时间20 6个月30 4个月40 2个月灌满电解液并充满电的电池要求周期性再充电。电池生产商应该给出再充电的 间隔以及方法。储存在高温高湿环境下会导致蓄电池容量下降。注1:电池储存时避免阳光直接照射。注2:在发运以及安装到系统之前电池应该完全充满电

14、,除非选择了干荷电运输。 4.10运行温度环境温度是选择电池以及确定电池寿命的一个重要因素。下面的气候条件应考 虑。电池类型 温度范围 湿度(RH 铅酸电池 40 <95%表 2 电池工作条件的温度范围5容量容量指的是电池在给定的放电电压以及电流时产出的安时数, 并且随着电解液, 温度,放电电流和终压等条件变化。一般的铅酸电池生产商公布的额定容量为 10h 放电容量。 除此之外, 生产商还应 该提供 120h 和 240h 放电的容量,因为这在光伏应用中也会用到这些时间。容量(Ah 电流(A 放电时间(h 终止电压 (铅酸电池:V/cell C 240I 240C 120I 120C 1

15、0I 10表3 太阳能应用中电池的一般容量等级6循环耐受能力(电池寿命循环耐受能力是电池承受重复充电放电的能力。一般的,给出的循环耐受能力 是在固定放电深度下的循环次数以及每个循环中电池完全充满电的循环次数。通常 电池的循环耐受能力是指在容量下降到额定容量的 80%之前所实现的循环次数,如 下表 3所示。不管怎样,循环次数是基于 20%的放电深度。已制定的循环测试在下列标准中已列出IEC 60896-1固定铅酸电池(开口式IEC 60896-2固定铅酸电池(阀控式在光伏系统中,电池将会进行大量不同荷电水平的浅循环。因此单体电池或电 池组要符合本规范 15款系统运行模拟试验的要求。生产商要根据第

16、 15款试验要求, 说明单体电池或电池组在容量降低到额定容量的 80%之前能完成的循环数。电池类型 循环次数(次SLI 改进型 1000SLI 少维护型 1200密封铅酸电池 3000管式铅酸电池 5000太阳能电池达到的循环次数注:SLI是“启动,点火和照明”的缩写,一般指的是汽车电池。7充电控制持续的过充不但不会增加电池储存的能量。相反,对于在开口式电池,过充会 导致水的过份消耗,从而影响服务寿命。另外,对于阀控铅酸电池,过充可能会因 为电解液的干涸从而导致容量流失或者过热。合理使用充电控制器会控制好过充问题。调节器的参数需要考虑 PV 发电器设计的影响,负载、温度以及生产商推荐的一 些限

17、值。开口式铅酸电池应该有足够的电解液支撑到预定使用寿命。对于阀控铅酸电池,过 充需要格外注意,以便使蓄电池达到最优的寿命时间。水的消耗量会在循环试验中测量(见 15.5,该数据将与系统设计资料一起可 用来评估蓄电池寿命。8荷电保持荷电保持是电池在没有充电的条件下保持容量的一种能力, 例如当不与系统连接 的时候, 如运输或储存期间。 用于太阳能光伏系统的蓄电池要有很好的荷电保持能力。 因此,生产商应声明其电池的荷电保持并且要满足相关电池标准的要求。注:荷电保持会影响允许的储存和维持时间9充电效率计算效率的方式有如下两种:放电容量 (Ah 法拉第效率(Ah 效率 =再充电容量(Ah 放电容量(Ah

18、 ×放电电压(V 能量效率(Wh 效率 =再充电容量(Ah ×再充电电压(V 这些测量的目的是在不同荷电水平下测量蓄电池的效率。 充电效率是单体电池或 电池组放电期间输出的电量与特定条件下恢复的初始荷电水平的电量的比值(见 IEV 486-03-09。注:一般的电池效率的数据以Ah表示并且参考法拉第效率(Ah效率。电量以安 培小时表示(Ah。如果电池生产商没有给出适用的数据,表 4中给出的(法拉第效率可用于参考。荷电态(SOC 铅酸电池效率90% >85%75% >90%<50% >95%表4 20时不同荷电水平时的电池Ah效率以及循环深度为小于额定

19、容量的20% 在效率试验中,将产生如下情况: 当在较低SOC循环时效率值就高。当平均SOC上升时效率值就会有略有下降。 当达到析气电压时,下降就较快了。 电池效率受电池以前的荷电状态影响。当前一个循环的SOC高于当前循环时, 这时得到的电池效率要比前一个循环的SOC低于当前循环时得到的效率高。这可以被 视为是一种“记忆效应”。 当前SOC较低以及先前SOC较高时,法拉第效率就会超过100%。10过放电保护铅酸电池应有过放电保护以防止由于不可逆转的硫酸盐化造成的容量损失。 当放 电深度超过设计最大值时, 进行低压断开就可以实现过放电保护 (断开电压值见表格 3。11机械耐受能力用于太阳能的电池在

20、运输和安装时应耐受机械应力。 在野外条件下要求额外的包 装和保护。处置未包装的电池时要多加小心。对此,生产商提供的说明书中要加以说明。 关于对机械应力的特定要求,例如地震,冲击和振动,这些应该单独表明或者参 考相关的产品标准。12合格实验程序为了评定电池是否适用于太阳能光伏应用, 必需进行共 4个试验。 试验流程图如 下,试验方法在下面会进行叙述。 13测量设备的精度当进行电池试验时,测试参数和精度如表 5所示:参数 精度电压 ±1%电流 ±1%温度 ±2电解液比重(只用于开口电池 ±0.005kg/l时间 ±0.1%表 5 测量设备的精度进行

21、试验时测量设备的精度要符合相应的 IEC 标准:IEC 60051-2 和 60485 电压测量IEC 60051-2 和 60359 电流测量14试验样品的准备和维护试验样品应根据下列标准的程序进行准备:IEC 60896-1固定铅酸电池(开口式IEC 60896-2固定铅酸电池(阀控式实验样品应根据生产商的要求制造。试验也要包括现场存在的可能影响电池运 行的任何特殊情况。整个试验期间,电池要放置在温度为 25±2的水浴中或者是在 25±2的循环空 气中。电池端子基座离水面的距离至少是 15 mm但不超过 25 mm。如果几个电池在 同一个水浴中,电池间的距离至少是 25

22、 mm。15容量试验15.1根据第 14款准备电池。15.2试验要使用新的并且充满电的电池。按照下述方式进行充电:I = 0.1 C10直到 V>14.5 V,然后以 14.5 V充电 3小时 。15.3完全充满后,以 I N = 0.1 C10电流, 1.8V/cell终压或者 6个单体总终止电压 10.8 V 将电池放电约 0小时。放电期间电流恒定,误差为 ± 1%。注:手动控制放电电流时,如果要保证误差在1%范围内,需要在试验期间进行频繁 调整。15.4单体电池或电池组的端电压可用自动记录或者使用电压表读数。至少要在计算 的放电时间的 25%, 50%和 80%的时候记录

23、数据。C nomT=I nom在此之后,然后取合适的时间间隔记录数据,保证放电到终压 V akh 期间的电压 变化。这些电压值可以用来计算电池的能量效率。15.5在平均温度 25°C时,未校正的容量 C (Ah用放电电流 (A 和放电时间(小时 的乘积计算:Ca = In ×t 。新电池在重复充放电时需要满足以下要求:第一个循环时 Ca = 0,95 Cnom +/- 5%第五个循环或之前 Ca = Cnom +/- 5%如果没有达到厂家宣称的额定容量,充放电循环至多再重复 5次。15.6判定:如果满足下列条件,电池就通过了试验:(i 在任何头 5次充放电循环中,额定容量在

24、厂家标明的容量 +/- 5%(误差带 之内。(ii 5个试验样品所测值的范围应在 5个样品电池的平均值 +/- 5%之内。16低荷电条件下的充电效率试验低荷电水平下的效率试验过程可以评估电池在先前充电后放电时提供能量的能 力。16.1循环条件 初 循环:根据 15.2再充电直到 100% SOC 以 0.1C 10放电到 1.8 V/cell(= 0 % of SOC。放电期间电流要保持恒定,误差 为 ± 3%。 以 0.1 C10 (额定 C 10 再充电直到容量为额定 C/10容量的 50%。充电期间电流要 保持恒定,误差为 ± 3%。 以 0.1 C10 (额定 C

25、10 放电到 1.8 V/cell。 放电期间电流要保持恒定, 误差为 ± 3%。根据第三次和第四次的效率值计算平均效率值。16.2 循环持续时间如果四个循环后效率值仍保持稳定, 那么使用第三次和第四次循环时的效率就可 以计算平均效率值。如果四个循环后效率值不稳定,那么至多再加 5个循环直到两个连续值恒定(误 差小于 5 %。 图:低荷电效率实验过程中的循环条件16.3判定(i 如果测得的效率值的范围在下列值的 +/- 5%以内,那么电池就被认为通过了 试验。涂膏式极板电池 管式极板电池法拉第效率能量效率(ii 3个试验样品所测值的范围在 3个样品电池的平均值 +/- 5%之间。17

26、循环耐久试验本试验是一个加速循环耐受能力试验,目的是排除不适合用于太阳能领域的电 池。17.1标准的容量测试17.2容量电流标定对电池进行恒流(厂家推荐充电电流恒压(14.4V 充电,电压达到 14.4V 之 后,恒压充电 12小时。此时,电池为完全充电。电池再以 0.2C 放电到 10.8V(SOC=0%,搁置 1小时后,电池再次(厂家推荐充电电流恒压(14.4V 充电, 直到充电容量等于上一步骤的放电容量 (此时, SOC =100% 。 连续记录充电电流, 根据电流和充电容量计算 SOC 。做出充电电流 -SOC 曲线。17.3确定充电方法首先确定 SOC , SOC= 100%,在充电

27、电流-SOC 曲线上读取 95%SOC (或者 100%SOC 对应的充电电流值, 然后充电方法就确定为恒流 (厂家提供 , 恒压 14.4V , 直到电流小于上面得到的那个电流值为止。17.4循环耐久试验。按上面方法充电,然后以 0.2C 放电到 10.8V ,不断重复,进行 55-60个循环测试。17.5判定:循环试验后,蓄电池容量衰减不得超过 30% 。注:在此可以看出电池在初始容量试验进行了5个深循环,在效率试验进行了5个 部分循环和在加速循环耐受能力试验进行了50个深循环。18荷电保持能力试验18.1样品表面保持清洁干燥。18.2储存时的环境温度为 (25 ± 5 18.3根据 15.1和 15.2进行完全充电18.4开路储存 60天。在开始放电前不要进行补充电。18.5储存后的容量试验18.6通过以下公式计算荷电保持C rST =C a其中ST 荷电保持率C a 储存前的容量试验中测得的容量C r 储存后没有进行补充电时测得的容量18.7 判定:电池如果满足下列条件即通过试验(i 荷电保持率 ST > 40%(ii2个试验样品所测值的范围在 2个样品电池的平均值 +/- 5%之间。19标识以及提供文件确认19.1每个电池上应有下列标识,标识要干净持久:a 厂商或供应商名字或者商标,原产地b 电池类型(例如,深循环,开口式c 生产日期d 额定容