退役磷酸铁锂电池梯次利用规范

退役车用磷酸铁锂动力电池梯次利用技术规范范围本文件规定了退役车用磷酸铁锂动力电池梯次利用的总体要求、技术要求、保护功能及应用实例。本文件适用于退役车用磷酸铁锂动力电池在储能领域的梯次利用。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/T34014汽车动力蓄电池编码规则GB34015.4车用动力电池回收利用梯次利用第4部分：梯次利用产品标识GB/T38698.1车用动力电池回收利用管理规范第1部分：包装运输GB12463危险货物运输包装通用技术条件GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB38031-电动汽车用动力蓄电池安全要求GB/T34015.3-车用动力电池回收利用梯次利用第3部分—梯次利用要求GB/T34015.4车用动力电池回收利用梯次利用第4部分—梯次利用产品标识GB/T17626.2-电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB40165-固定式电子设备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T/DZJN-2021太阳能路灯用梯次利用电池技术要求术语和定义GB34015.3界定的以及下列术语和定义适用于本文件。梯次磷酸铁锂单体电池EchelonusingLiFePO4batterycell(echelonbatterycell)从电动汽车上退役的，其容量有利用价值，性能满足太阳能路灯、太阳能监控使用要求的磷酸铁锂电池单体，标称电压为3.2V，简称梯次单体电池。梯次磷酸铁锂电池组EchelonusingLiFePO4batterysystem(echelonbatterysystem)由若干个梯次单体电池与电池管理系统组成的≤25.6V以内的电源产品，电池管理系统可与梯次磷酸铁锂电池组单体放置在一起，也可分开放置，简称梯次电池组。单节电池保护板Cellprotectionboard（CPB）监测单串联电池的电压、电流、温度等参数信息，并对电池的状态进行管理和控制的装置。电池管理系统Batterymanagementsystem(BMS)监测多串联电池的电压、电流、温度等参数信息，并对电池的状态进行管理和控制的装置。原始额定容量initialratedcapacity在电动汽车上使用的原始全新磷酸铁锂动力电池单体电池，在其出厂时标称的容量,称为1.0C。标称容量Calibrationcapacity在环境温度25℃条件下，梯次电池组3H率放电至终止电压时能够放出的最低限度的容量，数值为1.0C3，单位为（AH），3H率放电电流用I3表示，数值为0.33C3，单位为安培（A）。循环寿命cyclelife在规定条件下，梯次电池组容量衰减到70%时，所能完成的充放电循环次数。充电限制电压limitedchargevoltage最高充电电压限制≤3.65V伏特，单位（V）放电限制电压limiteddischargevoltage最低放电电压限制≥2.7伏特，单位（V）能量保持能力及能量恢复能力Energyretention&Energyrecoveryafterstorage完全充满电状态下的梯次电池组，存储一定的时间后，在规定的充放电条件下，梯次电池组可放出的容量与存储前容量的百分比。充放电能量效率charginganddischargingenergyefficiency在规定的充放电条件下，电池充放电循环中放电能量占充电能量的百分率。符号I3：3小时率放电电流，单位为安培：AI5：5小时率放电电流，单位为安培：A0.1C3(A):标称容量下的10小时放电率放电电流，单位为安培：A0.2C3(A)标称容量下的5小时放电率放电电流，单位为安培：A0.5C3(A)：标称容量下的2小时率放电电流，单位为安培：A0.6C3(A):标称容量下的1.7小时率放电电流，单位为安培：A0.7C3(A):标称容量下的1.4小时率放电电流，单位为安培：A1.0C3(A)：标称容量下的1小时率放电电流，单位为安培：ASOC：荷电状态，以百分比表示（%）UART:异步串行通信RS485:差分输入485通讯总体要求概述梯次利用产品的设计应根据应用场合优先考虑产品的安全性，为维修人员或使用人员提供可接受的保护措施以免产生人身伤害或财产损失。在确定电池或电池组设计方案时，应遵守以下原则：优先选择安全性高的电池和元件，尽量避免使用容易出现热失控的材料；需设计预警或保护装置，提醒、减少或消除危险发生的可能性；必要情况下，应使用双重防护，甚至多级防护，如电池组的电安全保护（过压充电、过流充电、欠压放电、过载、外部短路等）；需对潜在的危险采取标识和说明的措施；应综合考虑电气绝缘、阻燃、热管理以及电池管理等因素；应采用易于维护、拆卸及拆解的结构及连接方式，便于其报废后的拆卸、拆解及回收。梯次利用产品应按GB/T34014的规定统一编码，产品标识应符合GB34015.4的要求，并保留原动力电池编码。梯次利用产品的使用说明或其他随附文件，应提示梯次产品在使用防护、运行监控、检查维护、报废回收等过程中应注意的有关事项及要求。梯次产品包装运输应符合GB/T38698.1和GB12463的规定。企业要求梯次利用企业应符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》及GB34015.3中4.2的相关规定。梯次利用企业应制定梯次产品质量管理制度、配备必要的检验设备、设施，获得相应的质量管理体系认证，并对本企业生产销售的梯次产品承担保修和售后服务责任。梯次利用企业应按照GB/T34015的要求进行余能检测，评估退役车用磷酸铁锂动力电池的剩余价值，提高梯次利用效率，提升梯次产品的使用性能、可靠性及经济性。梯次利用企业应按国家有关规定建立溯源管理体系，对退役磷酸铁锂动力电池的来源和梯次利用产品的去向进行追踪。拆解及筛选要求拆解及筛选应符合下列要求：待拆解退役磷酸铁锂动力电池应未超过其原厂设置的有效截止日期；同一厂家、同一型号、结构相同、化学成分相同的退役磷酸铁锂动力电池经拆解后可筛选进行容量分等分级，可用在同一梯次利用产品中；不符合梯次利用要求的退役磷酸铁锂动力电池，不应进行梯次利用，应交给符合国家法律法规要求的再生利用企业进行回收利用，不得随意丢弃、处理。退役磷酸铁锂动力电池的拆解应符合GB/T33598的相关要求。拆解后的单体电池应按照GB/T34015的要求进行余能检测，应用场景为储能电池的初始充放电容量应不低于单体电池原始额定容量的50%，循环寿命应不低于400次。根据应用场景的性能要求及余能检测结果对拆卸后的电池单体进行筛选分类后成组，形成梯次电池组。成组一致性匹配原则应根据具体应用场景给出单体电池的容量、内阻、电压等参数的差异要求。技术要求外观梯次电池组的表面应平整，无划痕、毛刺或其他机械损伤，外露金属部分不应该有锈蚀，表面有产品标识和警示说明。梯次电池组的输出、输入等接口应外形端正、规整、无破损、无变形，接口处应附有标识，并在说明书中要有明确、详细的说明及规定。电性能梯次电池组的电性能除符合GB34015.3中相关要求外，还应符合GB/T36276电力储能用锂离子电池的电性能要求，包括但不限于以下内容：初始充放电能量；功率充放电性能；高温充放电性能；低温充放电性能；能量保持与能量恢复能力；储存性能；循环性能。上述电性能要求的试验方法应按照GB∕T36276电力储能用锂离子电池中的相关规定执行。安全性能梯次电池组的安全性能除符合GB34015.3中相关要求外，还应符合GB/T36276电力储能用锂离子电池的安全性能要求，包括但不限于以下内容：电触发安全性能（如过充电、过放电、过载、短路等）；机械触发安全性能（如挤压、跌落等）；热触发安全性能（如绝热温升、热失控、热失控扩散等）；IP防护要求（如防尘等级、防水等级、绝缘性能、耐压性能。上述安全性能要求的试验方法应按照GB/T36276电力储能用锂离子电池中的相关规定执行。保护功能总体要求梯次电池组应设计有电池管理单元（BMU）、单节电池保护板（CPB））或电池管理系统（BMS），应对充电过压、放电欠压、充电过电流、放电过载、外部短路、电池不均衡等非正常条件的风险，保护梯次电池组的安全。应对上述风险的方式包括但不限于以下两种：主动停止充放电行为；将充放电行为控制到规定的安全范围之内。电压管理梯次电池组的保护电路应具有过压充电和欠压放电保护功能，防止梯次电池组内任意一个电池被充放电至其安全工作电压范围之外。多节梯次单体电池串/并联使用的梯次电池组，应具备针对每一个梯次单体电池或者每一个梯次单体电池串/并联块的电压管理，防止重组电池因一致性变差而出现总电压不超过梯次电池组的安全范围，但单个梯次单体电池过压或者欠压的风险。电流管理梯次电池组的保护电路应具有过流保护功能，防止任意一个梯次单体电池的充放电电流超出其最大工作电流。梯次电池组的保护电路应具有短路保护功能，防止因为外部负载短路而造成电池组短路形成。多节梯次单体电池串/并联使用的梯次电池组，应具备针对每一个电流支路的电流管理，防止梯次电池组因一致性变差而出现总电流不超过安全范围，但单节电池或电池块过流的风险。温度管理梯次电池组的保护电路应具有高温和低温保护功能，防止梯次电池组在超过组成电池的上限温度和下限温度条件下进行充放电。梯次电池组的温度监测应尽可能覆盖每一个电池，宜对电池最可能发热的位置表面进行监测。一致性管理多节梯次单体电池串/并联的梯次电池组，宜具备电池均衡设计功能，从而降低因组成电池不一致造成的充电过压或放电欠压出现的概率。预警信息提示梯次电池组建议具备监控电池的状态信息和状态信息的功能，以便及时将不可接受的电池一致性信息通知给用户或制造商。保护的可靠性在设计有软件控制的保护电路的梯次电池组，还宜设计硬件保护电路作为最后一道安全保护，以增加安全保护冗余。保护电路的设计时，还应防止单一集成电路器件失效造成的保护动作失效。阻燃和防止热蔓延梯次电池组所用的保护电路板（PCB）、外壳、导线外皮和绝缘材料等的阻燃要求需要满足相关标准要求。梯次电池组系统应具有避免或延缓在一个电池热失控情形下导致系统着火的能力。试验参考GB/T36276-2018。电击安全充电上限电压超过42.2V的高压梯次电池组，应参考GB4943.1或其替代标准中针对电击安全相关要求。在家电安全标准中，超过42.4V的直流电压就视为危险电压，需要进行电击安全相关试验考核。防护等级梯次电池组应根据应用场景，根据相关标准具备一定的防护等级。应用实例退役车用磷酸铁锂动力电池在太阳能路灯储能领域的梯次利用技术要求见附录A，太阳能监控及其余太阳能储能领域的动力电池梯次利用技术要求可参照执行。

（规范性）

退役车用磷酸铁锂动力电池太阳能路灯梯次利用技术要求应用场景及选择退役车用磷酸铁锂动力电池在太阳能路灯应用场景的分类、梯次电池组选择及性能要求如下表所示：应用场景及选择应用场景分类光源功率、太阳能电池板功率灯杆高度/米对应梯次电池组名称梯次电池组结构电池组管理系统初始充放电容量、循环寿命要求景观路灯光源功率＜30W太阳能电池板功率＜80W＜6梯次电池组3.2V系列采用单只或多只梯次单体电池并联成组的梯次电池组单节电池保护板≥50%标称容量≥400次乡村道路路灯光源功率≥30W太阳能电池板功率≤120W≥6，≤8梯次电池组12.8V系列采用单只或者多只梯次单体电池并联再4串联成组的梯次电池组4串BMS≥70%标称容量≥600次城镇道路路灯城市道路路灯光源功率≥80W太阳板电池功率≥140W≥8梯次电池组25.6V系列采用单只或者多只梯次单体电池并联再8串联而成的梯次电池组8串BMS≥70%标称容量≥600次技术要求工作环境要求梯次电池组正常工作环境应满足下列要求：工作环境温度：-20℃～50℃；带电部位无凝露；按海拔高度分为≤2000m和＞2000m两档；空气中不应含有影响正常工作的沙尘及具有导电性、腐蚀性、爆炸性的颗粒和气体；无震动冲击，垂直倾斜度≤5°。梯次单体电池性能筛选要求初始充放电容量按A.3.3.1规定的试验方法进行测试，梯次单体电池初始充放电容量应不低于单体电池原出厂额定容量的50%。循环寿命按A.3.3.2规定的试验方法进行测试，梯次单体电池容量衰减到额定容量的70%时，梯次单体电池循环次数应大于400次。成组一致性匹配梯次电池组内各梯次单体电池应同一厂家、同一型号、结构相同、化学成分相同的产品，且梯次单体电池按照A.3.3.3规定的试验方法充满电后，静置2H匹配成组时，一致性符合下列要求：梯次单体电池容量差异：梯次单体电池最高容量与最低容量差异相比最高容量≤5%；梯次单体电池交流内阻差异：梯次单体电池最高内阻与最低内阻差异相比最高内阻≤30%；梯次单体电池开路电压差：梯次电池单体最高开路电压与最低开路电压相差≤50mv。梯次电池组性能要求0.5C3(A)室温放电容量按A.3.4.1规定的试验方法进行测试，0.5C3(A)室温放电容量应不小于额定容量的98%，且不大于额定容量的110%。1.0C3(A)室温放电容量按A.3.4.2规定的试验方法进行测试，1.0C3(A)室温放电容量应不小于额定容量的96%，且不大于额定容量的110%。高温放电容量按A.3.4.3规定的试验方法进行测试，高温放电容量应不小于初始容量的95%，充放电能量效率应不低于90%。低温放电容量按A.3.4.4规定的试验方法进行测试，低温放电容量应不小于初始容量的75%，充放电能量效率应不低于75%。常温能量保持能力及能量恢复能力按A.3.4.5.1和A.3.4.5.2规定的试验方法分别进行能量保持能力及能量恢复能力测试，能量保持能力应不低于初始容量的90%，充、放电能量恢复率应不低于92%。长期存储后能量恢复能力按A.3.4.6规定的试验方法进行测试，梯次电池组的充、放电能量恢复率应不低于初始容量的85%。存储性能按A.3.4.5.7规定的试验方法进行测试，梯次电池组的充、放电能量恢复率应不低于90%。循环寿命按A.3.4.8规定的试验方法进行测试，梯次电池组衰减到额定容量70%时，梯次电池组循环次数应大于400次。梯次电池组安全要求过充电按A.3.5.1规定的试验方法进行测试，应不起火，不爆炸。过放电按A.3.5.2规定的试验方法进行测试，应不起火，不爆炸，不漏液。短路按A.3.5.3规定的试验方法进行测试，应不起火，不爆炸。挤压按A.3.5.4规定的试验方法进行测试，应不起火，不爆炸。自由跌落按A.3.5.5规定的试验方法进行测试，应不起火，不爆炸。盐雾与高温高湿按A.3.5.6规定的试验方法进行测试，应不起火、不爆炸，不漏液、外壳应无破裂现象。热失控扩散按A.3.5.7规定的试验方法进行测试，应不起火、不爆炸，不发生热失控扩散。IP防护等级防尘等级按A.3.5.8.1规定的试验方法进行测试，防尘等级应符合GB/T4208的表2中防护等级为4的要求。防水等级按A.3.5.8.2规定的试验方法进行测试，防水等级应符合GB/T4208的表3中防护等级为5的要求。绝缘性能按A.3.5.8.3规定的试验方法进行测试，各部分绝缘电阻按标称电压计算应不低于2000Ω/V。耐压性能按A.3.5.8.4规定的试验方法进行测试，不应发生绝缘材料的击穿或闪络现象。电池组管理系统（BMS）及单节电池保护板要求信息采集功能电池组管理系统（BMS）采集梯次电池组中梯次电池单体电压、充电电流、放电电流、梯次电池组表面温度等基础信息功能充电梯次单体电池过压保护及恢复功能单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）具备充电梯次单体电压高保护及恢复功能，梯次单体电池电压升至3.65V截止、回落至3.4V时恢复充电功能。放电梯次单体电压低压保护及恢复功能单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）具备充电梯次单体电池电压低保护及恢复功能，梯次单体电池电降压至2.7V截止、回落至3.0V时恢复放电功能。充电梯次电池组限流功能单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）具备不小于0.1C3A的充电限流保护功能，以保证BMS与开关电源、太阳能MPPT控制器在不通讯的情况下，电源能够对梯次电池组正常充电。放电梯次电池组过流管理单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）具有能根据用户需要设置输出一级过流保护功能，延时保护设置范围为0.5C3～0.6C3(可调)，延时时间设置在0～30S；二级过流保护功能，延时设置范围为0.7C3～1.0C3（可调），延时时间设置在20～1000ms（可设置）。梯次电池组高温保护及恢复功能单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）具有高温充放电保护功能，当温度到达高温保护点时保护，保护点温度值可设；温度达到恢复点范围时，梯次电池组应自动恢复工作。保护点温度设置值范围一般在40℃～65℃；保护点温度范围可设置。电池组低温保护及恢复功能单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）应具有低温充放电保护功能：当温度达到保护点温度时保护，当温度上升到一定范围值后恢复，保护点温度范围可是只，温度达到恢复点范围时，梯次电池组应自动恢复工作；梯次电池组充电温度值范围：0～55℃；梯次电池组放电温度范围：-20～65℃。短路保护功能梯次电池组按照A3.3.1规定充满电后，单节电池保护板（CPB）及电池组管理系统（BMS）应发现短路并切断电路。保持电池组一致性功能电池组管理系统（BMS）应具有电压均衡功能，以保持梯次电池组的一致性。(梯次电池组处于充、放电平台区间，梯次单体电芯最高电压与最低电压差异≤30mv;梯次电池组处于充电末端及放电末端区间，梯次单体电芯最高电压与最低电压差异≤150mv)失效保护电池组管理系统（BMS），当梯次单体电池电压低至2.5V或者梯次单体电池间电压差大于600mv时，不应启动均衡功能，BMS发出梯次电池组异常告警且关闭梯次电池组充放电功能。对外通讯接口电池组管理系统（BMS）应具备通讯功能，具有或者预留UART、RS485或者以太网接口。抗静电单节电池保护板及电池组管理系统（BMS）按A.3.6.12的规定的试验方法进行测试，抗静电应符合GB/T17626.2的规定要求。防水等级单节电池保护板及电池组管理系统（BMS），单独安装或者与其他控制板一起安装，按A.3.6.13的规定的试验方法进行测试，防水等级应符合GB/T4208的表3中防护等级为5的要求。试验方法试验条件试验环境试验环境应符合下列要求：测试应在相对湿度≤90%、大气压力为86kPa～106kPa的环境中进行（另有特别规定除外）；试验场地应具备完善的消防和应急措施；试验人员应配备个人防护用具。试验装置试验装置应符合下列要求：充放电装置：电压、电流、功率的准确度0.1%FS；环境模拟装置：温度准确度±1℃，湿度准确度±3%，温度波动度≤2℃，湿度波动度≤5%；电池管理系统：电压、电流准确度0.5%FS，温度准确度±1℃；时间测量装置：准确度±0.1s；尺寸测量装置：准确度±1mm；质量测量装置：准确度0.1%FS，样品测量误差≤0.5%。试验准备梯次电池单体/梯次电池组的初始化充电应按照下列步骤进行：在(25±2)℃下搁置5h；以0.2C3A恒电流放电至梯次电池单体/梯次电池组的放电终止电压，静置30min；以0.2C3A恒电流充电至梯次电池单体/梯次电池组的充电终止电压，静置30min。梯次单体电池性能试验方法初始充放电容量按GB/T36276中附录A.2.4规定进行试验。循环寿命按GB/T36276中附录A.2.11规定进行试验。成组一致性匹配梯次电池组按照初始化充满电后静置2H，测量梯次电池组内部各梯次单体电池的静态开路电压、内阻，记算电压偏差；在环境温度25℃±3℃的条件下，以0.2C3(A)的电流放电至梯次单体电池终止电压2.7V后，计算容量偏差。梯次电池组按照初始化充满电后静置2H，测量梯次电池组内各梯次单体电池的内阻，计算内阻偏差。梯次电池组性能试验方法0.5C3(A)室温放电容量0.5C3(A)室温放电容量试验按照下列步骤进行：梯次电池组初始化充电；将梯次电池组置于(25±2)℃环境条件下，以0.5C3(A)的放电电流放电至放电截止电压或电池保护；计算室温放电容量。1.0C3(A)室温放电容量1.0C3(A)放电容量试验按照下列步骤进行：梯次电池组初始化充电；将梯次电池组置于(25±2)℃的环境条件下；以1.0C3(A)电流放电至放电截止电压或电池保护；计算梯次电池组1.0C3(A)放电容量。高温放电容量高温放电容量试验按照下列步骤进行：梯次电池组初始化充电；将梯次电池组置于高温箱中静置16h，试验温度设置为40℃；在高温箱中以0.2C3(A)的放电电流放电至放电截止电压或电池保护；计算梯次电池组实际高温放电容量。低温放电容量低温放电容量试验按照下列步骤进行：梯次电池组初始化充电；将梯次电池组置于低温箱中静置24h，试验温度设置为-10℃；在低温箱中以0.2C3(A)的放电电流放电至放电截止电压或电池保护；计算梯次电池组实际低温放电容量。能量保持能力及能量恢复能力常温能量保持能力在温度为(23±2)℃的环境中，梯次电池组经初始化充电，开路放置在温度为(25±2)℃的环境中28天，之后在温度为(23±2)℃环境中，以0.2C3(A)恒流放电至终止电压，记录放电时间，计算放电容量。常温能量恢复能力能量恢复能力试验按照下列步骤进行：在温度为(23±2)℃的环境中，做完能量保持测试的梯次电池组经初始化充电，充电结束后放置0.5h～1h，之后在此温度环境中以0.2C3(A)恒流放电至终止电压，记录放电时间，计算放电容量；上述梯次电池组放电容量测试可重复进行3次，当其中有一次放电容量符合A2.3.5要求时，即可终止该项目测试。长期存储后能量恢复能力长期存储后能量恢复能力试验按照下列步骤进行：选取生产日期在90天内的梯次电池组，在温度为(23±2)℃的环境中，电池包经初始化充电结束后，放置0.5h～1h，之后以0.2C3(A)电流恒流放电1h，然后在温度为(25±2)℃的环境中贮存90天；存储期满后取出梯次电池组，在温度为(23±2)℃的环境中，初始化充电，充电结束后搁置1h，之后以0.2C3(A)恒流放电至终止电压，记录放电时间，计算放电容量；上述梯次电池组放电容量测试可重复进行3次，当其中有一次放电容量符合A2.3.6的要求时，即可终止该项目测试。存储性能按GB/T36276中附录A.3.9规定进行试验。循环寿命循环寿命试验按照下列步骤进行：梯次电池组初始化充电；以0.2C3(A)的放电电流放电至放电截止电压或电池保护，在8.1.1的环境条件下连续循环；充、放电之间的间歇转换时间不低于0.5h且不超过1h；当梯次电池组放电容量连续三次低于额定容量的70%时，停止试验；记录电池循环的次数。循环寿命实验停止前的3次循环不计入循环寿命总次数。梯次电池组安全要求试验方法过充电按GB40165中9.3的规定进行试验。过放电按GB40165中9.5的规定进行试验短路按GB40165中9.7的规定进行试验挤压按GB40165中7.6.2的规定进行试验自由跌落按GB40165中8.4的规定进行试验盐雾与高温高湿按GB/T36276中附录A.3.18