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关于召开全国铅酸蓄电池标委会标准研讨会的通知

全国铅酸蓄电池标准化技术委员会全蓄标  [ 2020 ]   第62 号关于召开全国铅酸蓄电池标委会标准研讨会的通知各位委员及有关单位:根据国家标准化管理委员会关于下达2020年推荐性国家标准计划(修订)的通知(国标发[2020]6号)及工业和信息化部2019年第三批行业标准制修订计划(工信厅科函[2019]245号)的要求。全国铅酸蓄电池标委会秘书处经研究决定于2020年11月11日在江苏宿迁召开标准研讨会,本次会议研讨重点是:首次制定覆盖各类“光伏蓄电池”(含铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、镍氢蓄电池等)在储能领域应用的国家标准,建立独立于其它蓄电池之外的“胶体铅酸蓄电池”新的标准体系,同时修订“微型阀控式铅酸蓄电池”和“煤矿防爆特殊型电源装置用铅酸蓄电池”部颁标准,为进一步提高其技术水平,打下坚实基础,完成标准更新换代工作。为圆满完成此次工作计划目标,请有关单位安排人员参加此次会议,现将有关会议事宜通知如下: 序号标准名称计划号标准类型制、修订1微型阀控式铅酸蓄电池2019-1475T-JBJB/T修订2储能用铅酸蓄电池 第1部分 光伏离网应用技术条件20200628-T-604GB/T修订3胶体铅酸蓄电池 技术条件2019-1473T-JBJB/T制定4煤矿防爆特殊型电源装置用铅酸蓄电池2019-1474T-JBJB/T修订 一、会议日期 1、报到日期:2020年11月10日,10:00—22:00。 2、会议日期:2020年11月11日全天。二、会议地点及联系方式宾馆名称:宿迁运河金陵大饭店地    址:宿迁 宿豫区 女贞路99号。三、前往方式宿迁高铁站:打车抵达酒店预计50元;20min。四、会议安排 1、领导讲话;2、研讨;JB/TXXXX-XXXX《微型阀控式铅酸蓄电池》GB/TXXXX-XXXX《储能用铅酸蓄电池 第1部分 光伏离网应用技术条件》JB/TXXXX-XXXX《胶体铅酸蓄电池 技术条件》JB/TXXXX-XXXX《煤矿防爆特殊型电源装置用铅酸蓄电池》3、落实年会工作相关内容五、其它事宜1、参会代表每人需交会务费1100元(提示:由于国家限制不能扫码缴纳,准备现金)。统一安排食宿,费用自理2、会议承办单位:旭派电源有限公司。3、会议承办单位联系人:戴德兵 157510688334、详细会议安排请咨询秘书处,联系人:邓继东13889351969,付冰冰13940269968。                         二0 二0年十月二十三日 附件1  温馨提示:请参加会议代表务必回执,或电话告之秘书处,以便及时为您提供更好的会议服务。2020年宿迁标准研讨会回执 联系电话:024-25326112   邮箱:xdcbzh@vip.163.com、46072099@qq.com       参  会  回  执        姓 名单位名称税号手机号码邮 箱大床房标准间         温馨提示:请参加会议代表务必回执,以免影响会议用房间的预定。

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抗击疫情,铅酸蓄电池协会在行动!

       农历鼠年新春,一场突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情打破了节日的祥和,中华民族再次直面多难兴邦的考验。战疫情,谋发展。中国电器工业协会铅酸蓄电池分会(以下简称“铅酸蓄电池协会”)和铅酸蓄电池企业坚决贯彻落实党中央、国务院决策部署,把疫情防控工作作为重要政治任务摆在首位,与全国人民一道抗击疫情,科学有序推动企业复工复产,努力实现高质量发展,为促进经济平稳运行和社会健康发展作出应有的贡献。 迅速行动 助力战“疫”疫情发生以来,铅酸蓄电池协会理事长第一时间就疫情防控工作进行安排部署。铅酸蓄电池协会深入贯彻落实党中央《关于加强党的领导 为打赢疫情防控阻击战提供坚强政治保证的通知》,民政部社会组织管理局、国资委协会党建局等上级部门文件精神,迅速采取措施,要求全体员工严格执行有关规定要求,落实职工动态及疫情信息每日上报制度,将应对措施和个人防护知识进行提醒教育,形成有效的防范管控。铅酸蓄电池协会秘书处发出“致中国蓄电池行业各企业和员工慰问信”,对湖北省(武汉)给予精神上鼓励和行动上支援,同时向战斗在全国各地的蓄电池企业和员工表示最真挚的问候!铅酸蓄电池协会将与各企业站在一起,共同为抗击这场大灾做出应有的贡献。我们深信在以习总书记为首党中央领导下一定能够战胜疫情取得胜利。铅酸蓄电池协会充分运用各业务平台开展工作,保持信息通畅、工作不断,及时传递行业声音,主动了解需求,为行业服务,为政府服务;充分利用微信群、网站、电子邮件进行信息沟通,对铅酸蓄电池企业的抗疫举措及爱心行动进行深度宣传并持续关注克服困难复工复产、战疫情的最新动态,在行业内传递爱心,传播正能量。危难时刻,一场团结抗疫的战斗在铅酸蓄电池行业全面打响,行业龙头企业率先垂范,中小企业勇担使命。一批又一批的款物承载着爱心向武汉汇聚,向抗疫一线汇聚。企业调研 研究对策为了解评估疫情对企业的影响,了解经济一线真实现状,铅酸蓄电池协会于2月14日在行业内发起“企业受新型冠状病毒肺炎疫情影响情况问卷调查”,请各会员企业参考调查表内容进行问卷调查并及时向有关部门反映,了解疫情对制造行业、企业的影响,为各级政府精准施策提供咨询,同时也为减免蓄电池行业消费税提供素材。疫情之下,如何做到疫情防控和服务国家发展战略、保障经济稳步发展两不误,是铅酸蓄电池企业面临的重要挑战。按照党中央、国务院要求,在充分准备、周密安排、确保安全的前提下,铅酸蓄电池企业正逐步复工复产。为快速了解新型冠状病毒感染肺炎疫情对蓄电池企业生产经营的影响,铅酸蓄电池协会分别于2月21日、3月4日两次开展了企业复工复产情况、存在问题及措施建议追踪调查,内容包括企业开复工情况、生产经营预期、遇到的困难等。调查结果显示,疫情对企业正常的经营与运行造成一定影响,如招标工作、新订单进展较慢;复工企业多采用轮流值班、远程办公,工作效益也受到一定影响,行业中小企业普遍预期未来影响或更大。对此,铅酸蓄电池协会提出了加大防护物资生产和投放、尽快出台复工复产规范、完善制造业支持政策特别是行业中小企业的支持政策等多项建议,为有关政府部门提供决策参考。铅酸蓄电池协会目前已将行业企业的实际困难和问题反馈给相关部门,分会也将充分发挥社会组织的纽带和服务作用,进一步提升“三个服务”的能力和水平,促进企业及政府之间顺畅的信息交流与沟通,积极整合产业链资源,携手企业、共克时艰,努力把疫情带来的不利影响降到最低,为行业稳定和国家经济发展作出贡献。

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除了针刺测试 你还知道哪些动力电池测试项目?

2020年3月刀片电池以征服针刺测试而广为人知,动力电池的安全性也由此备受关注。很多消费者想要了解更多刀片电池的安全信息,除了针刺测试之外,刀片电池还接受过哪些测试?表现如何呢?我们一探究竟。挤压测试 保障碰撞事故中的生命安全挤压测试是动力电池测试不可或缺的重要项目,它可以模拟汽车发生碰撞,动力电池挤压变形的情况下,检验动力电池的安全性能。国家标准对于挤压测试要求是比较严苛的:动力电池在变形达到30%,并且在一个小时内,不能发生起火、爆炸现象。挤压测试中,刀片电池在变形达到30%并且放置一小时的过程没有发生起火、爆炸现象。在交通事故中不爆炸、不起火,可以保证车主免受二次伤害,也在最大限度保护车主的生命、财产安全,这是比亚迪对于动力电池的安全要求。炉温测试 烤验动力电池高温安全屏障炉温测试又称为加热测试,主要用来测试动力电池在高温条件下的安全性能。国标要求用持续加热的方式将动力电池加热至130°C,并保持温度30分钟,在此期间,动力电池不能发生起火、爆炸现象。刀片电池使用磷酸铁锂材料,耐高温性能更加优异。炉温测试中,刀片电池在超过国家标准要求温度2倍多、达到300°高温情况下保持30分钟,期间没有出现起火或者爆炸等现象。当遇到停车场相邻车辆起火等状况,刀片电池超强的耐高温性能,能够让新能源汽车在高温环境下最大限度保证电池安全。过充测试 专防充电系统故障过充是新能源汽车自燃事故的主要元凶之一。由于充电系统故障,电池在充满电的情况下继续充电从而导致过充,继而引发新能源汽车自燃的事件已发生多起。动力电池防过充能力越强,整车自燃的几率就会越低。过充测试可以模拟电池过充的情况下,检测电池的防热失控能力。国标要求以1倍率电流恒流充电至终止电压的1.5倍时终止充电,并且观察一小时不得出现起火、爆炸现象。在过充测试中,比亚迪刀片电池以1倍率电流充电至终止电压的2.6倍时终止充电,并且在1小时观察期内没有出现起火、爆炸等现象。用更高的防过充标准降低由过充引发自燃的几率,刀片电池让新能源汽车的安全性能更上一层楼。强制电芯热失控 整包依然坐怀不乱热失控是引发动力电池自燃的导火索,为了检测刀片电池在热失控情况下的安全性能,比亚迪对刀片电池进行强制热失控测试,人为造成电池包内某个电池单体发生热失控,观察整包电池的安全性能。电芯强制热失控,在刀片电池自我隔热、阻燃系统的配合下,并没有造成临近电芯的热失控。旁边电芯最高温度为80°C,并未达到磷酸铁锂电池热失控的温度条件。单个电芯的热失控并没有引发相邻电芯的连锁反应,因此整包电池的安全性能依旧。经过千锤百炼的严格测试,刀片电池的全面安全性能得到了充分的验证,将真正安全的新能源车交给广大消费者。刀片电池的出现让新能源汽车性能优势愈加明显,取代燃油车,推动绿色出行将成为不可逆转的历史大势。来源:经济日报-中国经济网

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锂离子电池的热管理系统的问题和展望

【研究背景】由于锂离子电池(LIBs)对整个世界经济和技术发展产生了革命性影响,其发明者因此获得2019年诺贝尔奖。同时锂离子电池正在迅速成为电网和电动汽车能量储存和动力传输系统的主要组成部分,锂离子电池的发展速度正在加快,它们在小型电子设备(如智能手机、平板电脑和电脑)、电动化交通(电动汽车)和大型储能系统(电网)等方面得到广泛应用。预计未来十年全球锂离子电池产量将持续增长,增长幅度为4倍到10倍的范围(如图1)。图1. 未来十年锂电池全球产量的预期增长。材料性能的进步提高了电池的比能量和动力传输能力,因此有希望进一步扩大它们的用途。与此同时,人们已经认识到,在锂离子电池从制造到工作再到资源回收的整个生命周期中,需要继续努力来提高LIBs的安全性。单个电池中的热失控(TR)和电池间的热传播是导致锂离子电池不稳定的两个潜在因素,可能会降低其热安全性。TR发生在单个电池中,也可能会在多电池中传播。TR传播可导致爆燃、破裂和排气,对设备和用户造成严重后果。电池热管理是提高该技术整体安全性的一个重要方面,主要目标是预测、预防和减轻LIBs中TR和电池间TR传播两种热能效应。但是大多数电池管理系统通常包括安装在选定电池上的几个热敏电阻,以监控它们的表面温度,这种方法并不能跟上能量存储和动力传输能力的发展。【成果简介】近日,美国约翰斯·霍普金斯大学Rengaswamy Srinivasan教授(通讯作者)对锂离子电池热管理工作,包括传感器和直接测量电池内部温度的方法进行概述。在这篇综述中,作者基于原因分析和经验证据,表明电池中的热失控和电池间的热传播是由于电池内部物理和化学特性的不利变化造成的。追踪电池内TR前后变化,对电池间TR传播的复杂途径成功建模和绘制。防止TR和热传播的创新解决方案正在提出,其中包括用于快速监测每个电池内部状况的现代电池管理系统,以及物理和化学方法,以减少TR情况下电池间热量和物质快速传输的有害影响。相关研究成果以“Review-Thermal Safety Management in Li-Ion Batteries: Current Issues and Perspectives ”为题发表在Journal of The Electrochemical Society上。【核心内容】1. 数学模型通过更清楚地了解锂离子的组成部分,使用各种数学和计算模型来更好地解释热安全性。这些包括对电池内部在排气和TR前后发生的个体反应设计确定的模型,如多电池解决方案中电池设计和包装结构的计算流体动力学(CFD)模拟,可燃性极限和高通量筛选研究,将材料的实际信号与系统响应联系起来。同样的,在系统中,使用反馈到电路模型参数的传感器故障检测,量化故障概率的数据驱动方法,通过故障模式或类似方法进行风险评估,基于云端的故障诊断工具,以及跨越不同电池形式和化学物质的趋势。但是预测TR存在一些关键问题,包括其出现的频率极低、缺乏对热失控的一致定义,导致实验室规模的测试结果和现实情况不匹配,并且随着电池测试物品的尺寸和复杂性的增长,用于测试的预算显著增加。因此,机器学习或大数据分析等模式识别方法可以获得有限的训练数据集,从而产生足够信赖的结果。另一方面,即使在仔细控制了测试设置和操作人员的可变性之后,机械滥用测试结果的结果也不是一直确定的。这种情况下,分析系统级测试结果对特定设计参数的敏感性是非常有用的。从这些试验中获得的参数的区间作为数学模型的输入,并可用于建立安全图,显示由每个参数导出的故障概率的相互作用(如图2)。图2. 通过数学模型构建的通用“安全图”2. 智能电池管理系统(BMS)BMS-iPROUD的概念示意图如图3所示,iPROUD的作用不仅接收来自BMS的信息,还通过双向通信通道接收来自负载和电网的信息。iPROUD设备的目标是调节电池从电网接收和存储能量的速率,以及电池支持负载的速率。BMS具有每个电池的内部状态(如电压、温度、阻抗等)的传感器,监视和管理电池中的每个电池,并将这些数据输入到iPROUD中。它使用这些数据将每个电池的内部状态与电池的功能性能联系起来,并将数据与从负载接收的信息相结合,决定电池可提供的电力支持水平。它对电网与电池的相互作用做出类似的决定。如果BMS检测到电池中任何一个电池的内部状态异常,那么iPROUD将不允许给异常电池模块充电,直到电池状态恢复正常。图3. 与BMS协同工作的iPROUD原理图如图4所示为快速充电的例子,利用电池内部温度来决定充电的过程。电池快速充电不仅方便了电动汽车,而且在电网应用中也是必不可少的。它也是一个操作参数,可以增加电池内部温度,潜在地加速电池老化,推动它进入TR和排气。试图使用表面温度作为参数来保护电池不排气可能会产生误导,因此是有害的。图4中的数据是由电池中的一个电池单元(5.3 Ah),开始以接近2 C的速率充电。这个例子中的电池通常以0.7 C的速率充电,完全放电后大约需要120 min才能充满。当温度提高到35℃以上时,iPROUD将电流转换为零,使电池内部冷却,并在其他时间将充电速率限制在0.7 C和0.5 C,电池完全充电的总时间是95 min。相反,如果选择电池表面温度作为参数,并将其限制设置为35℃以切断电流,则温度会增加到一个更高的值,会加速电池老化,导致电池热失控。iPROUD将温度和电池电压作为控制参数,通过电池的电解质和电荷转移电阻以及库仑容量以改善电池管理,从而获得更高的安全性、长寿命以及能量存储和动力传输效率。图4. 通过限制电池内部温度并将其作为充电过程中的控制参数之一,可减少25%的充电时间。在所示例中,5.3 Ah电池的充电速度比推荐的速度更快,同时限制温度小于35℃,电池电压在4.2 V。【结论展望】总而言之,锂离子电池是目前最有效的能量存储和动力传输电化学系统,它们也是最难管理的系统,尤其是从热安全的角度来看。市场需求推动着锂离子电池和电池制造以不断增长的速度发展,越来越多的设备因电池故障而经历更大的火灾。为了防止火灾,锂离子电池依赖于BMS,但大多数锂离子电池的BMS设计都是仿照过去使用的NiCd电池、NiMH电池、铅酸电池和其他水系电池设计,在这些电池中由于通风、易燃的电解液而没有风险。然而,锂离子电池中发生火灾的机制是完全不同的,因此适用于水系电池的BMS设计不适用于预测锂离子电池内部的变化。针对锂离子特定和以安全为中心的BMS设计所需的先进技术已经可用,工业和使用者都需要认识到这些事实,并采用当今的传感器技术和积累的科学知识来安全地管理现代电化学系统。Rengaswamy Srinivasan∗, Plamen A. Demirev, Bliss G. Carkhuff, Shriram Santhanagopalan, Judith A. Jeevarajan, and Thomas P. Barrera, Review-Thermal Safety Management in Li-Ion Batteries: Current Issues and Perspectives, Journal of The Electrochemical Society, 2020, DOI:10.1149/1945-7111/abc0a5

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星盈科技磷酸铁锂单体电芯获中国船级社认证

电动船舶锂电池市场迎来一名新选手。近日,江西星盈科技有限公司(以下简称“星盈科技”)SLA45173184-150AH磷酸铁锂单体电芯获得中国船级社(CCS)颁发的型式认可证书,标志着星盈科技拿到了进军电动船舶市场的通行证。中国船级社颁发的型式认可证书,是对安装在船舶上的船用设备的一种认证形式。目前,已有宁德时代、亿纬锂能、国轩高科和鹏辉能源四家电池企业获得了CCS型式认可证书。此次星盈科技的磷酸铁锂电芯获得了CCS的型式认可证书,为其开拓电动船舶市场提供了有利条件,成为电动船舶电池细分市场的强有力竞争者。星盈科技成立于2016年,是国家级高新技术企业,目前具备2.5GWh的生产能力,当前量产的磷酸铁锂电芯单体比能量超过170wh/kg,NMC523体系的三元电芯单体比能量达235wh/kg。与此同时,星盈科技也在积极研发NCM811+硅碳体系的高比能产品,单体比能量将达到270wh/kg,590模组系统达259wh/kg,配套乘用车最高续航可达750km。在新能源汽车领域,星盈科技已经为云马汽车、湖北五环、中国一拖集团、唐山亚特、郑州宏达、北京北重、程力汽车、河南凯达、湖北宏宇、江苏悦达、东风汽车等多家主机厂配套了多款新能源专用车,动力电池装机量持续增长。在储能领域,星盈科技在国内也中标了多个大型电网侧储能项目,其家庭储能系统产品也进入了韩国、南美洲等国际市场。近期,星盈科技两款磷酸铁锂电芯SLA45173184-155Ah 和 SLA3914895-50Ah获得了TUV南德颁发的TUV SUD认证证书。这表明星盈科技的磷酸铁锂电芯符合国际储能电芯安全要求,其进一步打开欧洲、澳洲等国际储能市场奠定了良好的基础。拿下CCS认证之后,电动船舶领域也将成为星盈科技继新能源汽车和储能之后的又一重要应用市场。随着电动船舶产业化的推进,星盈科技也有望凭借其在产品上的竞争实力而受益。

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国内外动力锂电池测试标准比较

电池产品的标准,尤其是安全标准是约束质量的重要依据,也是规范市场秩序和推动技术进步的重要手段。本文作者针对国内外现有的常见标准,进行介绍和归纳分析,并对这些标准体系中存在的问题进行简单的探讨。一、国外动力锂离子电池标准表1列举了国外常用的锂离子电池测试标准。标准颁发机构主要有国际电工委员会 ( IEC) 、国际标准化组织( ISO) 、美国保险商实验室 ( UL) 、美国汽车工程师学会( SAE) 以及欧盟相关机构等。表 1 国外常用的动力锂离子电池标准1 国际标准IEC发布的动力锂离子电池标准主要有IEC 62660-1∶2010《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体 第1部分: 性能测试》和IEC 62660-2∶2010《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体 第2部分: 可靠性和滥用性测试》。联合国运输委员会颁布的UN 38. 3《联合国关于危险货物运输的建议书标准和试验手册》,对锂电池测试的要求是针对电池在运输过程中的安全性。ISO在动力锂离子电池方面制定的标准有ISO 12405-1∶2011《电驱动车辆———锂离子动力电池包及系统测试规程 第1部分: 高功率应用》、ISO 12405-2∶2012《电驱动车辆——锂离子动力电池包及系统测试规程第2部分: 高能量应用》及ISO 12405-3∶2014《电驱动车辆——锂离子动力电池包及系统测试规程 第3部分: 安全性要求》,分别针对高功率型电池、高能量型电池以及安全性能要求,目的是为整车厂提供可选择的测试项和测试方法。2 美国标准UL 2580∶2011《电动汽车用电池》主要评估电池的滥用可靠性以及在滥用产生危害时对人员的保护能力,该标准于2013年进行修订。SAE在汽车领域拥有庞大、完善的标准体系。2009年颁布的SAE J2464: 2009《电动和混合动力电动汽车可再充能量储存系统的安全和滥用性测试》是很早一批应用于北美和全球地区的车用电池滥用测试手册,明确指出了每个测试项的适用范围及需要采集的数据,也针对测试项目所需样品数量给出建议。2011年颁布的SAE J2929: 2011《电动和混合动力电池系统安全标准》是SAE在总结之前颁布的各种动力电池相关标准上提出的安全性标准,包括两部分: 电动车在行驶过程中可能出现的常规情况测试和异常情况测试。SAE J2380: 2013《电动车电池的振动测试》是电动车电池的振动测试较经典的标准,以实际车辆道路行驶的振动载荷谱采集统计结果为基础依据,测试方法更加符合实际车辆的振动情况,具有重要的参考价值。3 其他组织标准美国能源部( DOE) 主要负责能源政策制定、能源行业管理及能源相关技术研发等。2002年美国政府成立了“自由车”( Freedom CAR) 项目,先后颁发了Freedom CAR功率辅助型混合电动车电池测试手册与电动和混合动力汽车用储能系统滥用性测试手册。德国汽车工业协会( VDA) 是德国为统一国内汽车工业的各种标准而组成的协会,颁布的标准有VDA 2007《混合动力汽车用电池系统测试》,主要是针对混合动力汽车的锂离子电池系统的性能及可靠性测试。欧洲经济委员会( ECE) R100. 2《关于就电动车辆特殊要求方面批准车辆的统一规定》是ECE针对电动车制定的具体要求,整体分为两部分: 第一部分对整车在电机防护、可再充电储能系统、功能安全和氢气排放等4个方面进行了规范,第二部分为新增的对可再充电储能系统的安全可靠性作出的具体要求。二、国内动力锂离子电池标准2001年,汽车标准化委员会颁布了我国第一个电动汽车的锂离子电池测试指导性技术文件GB/Z 18333. 1: 2011《电动道路车辆用锂离子蓄电池》。该标准制定时参考了IEC 61960-2∶2000《便携式锂电池和蓄电池组 第2部分: 锂电池组》,用于便携式设备的锂离子电池及电池组,测试内容包括性能和安全,但只适用于21.6V和14.4V的电 池。2006年,工业和信息化部颁发了QC/T 743《电动汽车用锂离子动力蓄电池》,被行业内广泛使用,并于2012年进行了修订。GB/Z 18333. 1: 2001 和 QC/T 743: 2006 都是针对单体和模块级别的标准,应用范围较窄,且测试内容已不适应快速发展的电动汽车行业的需求。2015年,国家标准化管理委员会颁布了一系列标准,GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》、GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》、GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》及 GB/T 31467. 1-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第1部分 高功率应用测试规程、GB/T 31467. 2-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第2部分 高能量应用测试规程、GB/T 31467. 3《电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程 第3部分 安全性要求与测试方法。GB/T 31485-2015及GB/T 31486-2015分别是针对单体/模块的安全及电性能测试,GB/T 31467-2015系列参照了ISO 12405系列,适用于电池包或电池系统的测试,而GB/T 31484-2015是专门针对循环寿命的测试标准,对于单体和模块采用标准循环寿命,对于电池包和系统采用工况循环寿命。2016年,工信部发布了《电动客车安全技术条件》,从人员触电、水尘防护、火灾防护、充电安全、碰撞安全、远程监控等方面综合考虑,充分借鉴了现有的传统客车、电动汽车相关标准和上海、北京等地方标准,对动力电池提出更高的技术要求,增加了热失控和热失控扩展两个测试项,已于2017年1月1日正式实施。表 2 国内常用的动力锂离子电池标准三、国内外动力锂离子电池标准分析国内外动力锂离子电池标准分析国际上的大部分标准是在2010年前后颁布的,重新修订次数较多,且陆续有新的标准出台。GB/Z 18333. 1: 2001是在2001年颁发的,由此可见,我国的电动汽车锂离子电池标准在世界上起步并不算晚,但发展相对缓慢。自2006年QC/T 743标准发布后,我国有很长一段时间里没有标准更新,且在2015年新国标发布之前,没有关于电池包或系统的标准。上述国内外标准在适用范围、测试项内容、测试项严格程度及判定准则方面,都有所差别。1 适用范围IEC 62660 系列、QC/T 743、GB/T 31486和GB/T 31485是针对电池单体和模块级别的测试,UL2580、SAE J2929、 ISO12405和GB/T 31467 系列则适用于电池组和电池系统的测试。国外除了IEC 62660,其他的标准基本都涉及电池组或系统级别的测试,SAE J2929及ECE R100. 2甚至提到了整车级别的测试。这说明国外的标准制定更多地考虑到了电池在整车上的应用,更符合实际应用的需求。2 测试项内容所有的测试项从整体上来说,可分为电性能和安全可靠性两大类,而安全可靠性又可分为机械可靠性、环境可靠性、滥用可靠性和电气可靠性。机械可靠性,模拟了车辆在行驶过程中受到的机械应力,如振动模拟了车辆在路面上的颠簸; 环境可靠性,模拟了车辆在不同气候中的耐受力,如温度循环模拟了车辆在昼夜温差大或者在寒冷和炎热地区来回行驶时的情况; 滥用可靠性,如火烧,考察电池在遭受到不正当使用时的安全性; 电气可靠性,如保护类测试项,主要是考察电池管理系统( BMS) 在关键时候能否起到保护作用。在电池单体方面,IEC 62660分为两个独立的标准IEC 62660-1和IEC 62660-2,分别对应性能和可靠性测试。GB/T 31485和GB/T 31486是由QC/T 743演化而来,GB/T 31486中将耐振动归属为性能测试,因为该测试项是考察电池振动对电池性能的影响。相比于IEC 62660-2,GB/T 31485的测试项目更严苛,如增加了针刺和海水浸泡等。在电池包和电池系统的测试方面,不论是电性能还是可靠性,美国标准涵盖的测试项最多。在性能测试方面,DOE/ ID-11069比其他标准多出的测试项有混合脉冲功率特性( HPPC) 、运行设置点稳定性、日历寿命、参考性能、阻抗谱、模块控制检验测试、热管理载荷及结合寿命验证的系统水平测试等。在标准的附录中详细介绍了电性能测试结果的分析方法,其中,HPPC 测试可用于检测动力电池的峰值功率,由此衍生的直流内阻测试方法,已广泛用于电池的内阻特性研究。在可靠性方面,UL2580比其他标准多出的测试项有: 非平衡电池组充电、耐压、绝缘、连续性试验及冷却/加热稳定系统故障试验等,还包含了生产线上针对电池组零部件的基本安全测试,在 BMS、冷却系统及保护线路设计方面,加强了安全性审查要求。SAE J2929提出要对电池系统的各个部分进行故障分析,并保存相关的文档材料,包括易识别故障的改进措施。ISO 12405系列标准同时包含电池的性能和安全两方面,ISO 12405-1是针对高功率应用的电池性能测试标准,ISO 12405-2是针对高能量应用的电池性能测试标准,前者多了冷启动和热启动两项内容。GB/T 31467系列结合了我国动力电池发展状况,根据ISO 12405系列标准的内容修改而得。与其他标准不同的是: SAE J 2929与 ECE R100. 2都涉及高压防护的要求,属于电动汽车安全范畴。我国的相关测试项在GB/T 18384中,GB/T 31467. 3中指出电池包和电池系统在进行安全测试之前要满足GB/T 18384. 1和GB/T 18384. 3的相关要求。3 严格程度对于相同的测试项,不同标准中规定的测试方法和判定准则也不尽相同。例如对于测试样品的荷电状态( SOC) ,GB/T 31467. 3中要求样品为满电态; ISO 12405中要求功率型电池SOC为50% ,能量型电池SOC为100% ; ECE R100. 2要求电池的SOC在50%以上; UN38. 3对于不同的测试项有不同的要求,某些测试项还需要循环过的电池。另外,还要求高度模拟、热试验、振动、冲击和外短路必须用同一个样品进行测试,相对更严格。对于振动测试,ISO 12405要求样品在不同的环境温度下振动,建议的高温和低温温度分别为75℃和-40℃,其他的标准没有此项要求。对于火烧试验, GB/T 31467. 3中的实验方法和参数设置与 ISO 12405. 3相差不大,都是采用点燃燃料的方式进行预热、直接火烧和间接火烧,但 GB/T 31467. 3要求样品若有火苗必须在2 min内熄灭,ISO 12405则没有要求火苗熄灭的时间,SAE J2929中的火烧试验与前两者不同,它要求将样品放置于热辐射容器中,90s内迅速升温至890℃ 并保持10 min,并且不得有任何组件或物质穿过置于测试样品外部的金属网罩。四、现有国内标准的不足虽然相关国标的制定和发布填补了我国在动力锂离子电池组合系统方面的空白,并被广泛采用,但仍有不足。测试对象方面: 所有的标准都只规定了新电池的测试,对使用过的电池没有相关规定和要求,电池在出厂时没有问题,不代表使用一段时间后仍然安全,因此有必要对使用不同时间的电池进行同样的测试,相当于定期体检。结果判定方面: 目前的判定依据较宽泛和单一,只有无泄露、无外壳破裂、不起火和不爆炸的规定,缺少可量化的评判体系。欧洲汽车研究与技术发展委员会( EUCAR) 将电池的危害程度划分成8个等级,具有一定的借鉴意义。测试项方面: GB/T31467. 3缺少电池包和电池系统在热管理和热失控方面的测试内容,而热安全性能对电池至关重要,如何控制单体电池的热失控,使热失控的情况不蔓延,具有重要意义,《电动客车安全技术条件》的强制实施也说明了这一点。另外,从整车应用层面来说,对于非破坏性的可靠性测试,如环境可靠性,在试验结束之后有必要增加电性能测试,模拟车辆在经历了环境变化后,性能受到的影响。测试方法方面: 电池包和电池系统的循环寿命测试耗时太长,影响产品开发周期,难以很好地执行,如何开发合理的加速循环寿命测试是个难点。五、总结近年来,我国在动力锂离子电池的标准制定和应用方面已取得了很大的进步,但与国外的标准还存在一定的差距。除了检测标准以外,我国锂离子电池在其他方面的标准体系也在逐渐完善。2016年11月9日,工信部在发布了《锂离子电池综合标准化技术体系》,指出未来的标准体系包括基础通用、材料与部件、设计与制造过程、制造与检测设备、电池产品等5大部分,其中,安全标准关系重大,随着动力电池产品的更新和发展,测试标准也需要提升相应的检测技术,进而增强动力电池的安全性水平。

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全国锂电池智能制造装备标准化工作组成立

近日,全国自动化系统与集成标准化技术委员会批复了《关于设立“全国锂电池智能制造装备标准化工作组”的申请报告》,同意成立“全国自动化系统与集成标准化技术委员会锂电池智能制造装备标准化工作组”,编号为SAC/TC159/WG18。工作组由29名委员组成,工作组组长由中国科学院物理研究所陈立泉院士担任,工作组副组长由欣旺达副总裁梁锐、深圳吉阳智能科技有限公司董事长阳如坤、宁德时代董事长助理孟祥峰及中国电子科技集团公司第十八研究所总工肖成伟担任。工作组负责的范围包括锂电池生产设备、监测设备、辅助设备、制造系统集成等。工作组的主要任务是研究和落实锂电池智能制造装备标准体系,负责锂电池智能制造及系统集成方面的国家标准和行业标准的制修订,积极开展锂电池智能制造装备标准化宣贯工作,推动锂电池智能制造装备领域国家标准、行业标准的实施,同时积极参与相关领域的国际标准化活动,组织锂电池智能制造装备标准化工作组技术研讨,借鉴国外先进技术、前沿技术,构建出符合锂电池智能制造行业现状及发展方向的标准体系。欣旺达有关负责人表示,此次荣任工作组副组长单位,是国家标委会对欣旺达在锂电行业影响力及突出成就的肯定,也是国家标委会对欣旺达引领锂电制造走标准化及智能化道路的重托和期望。

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中国铁塔与中国电信将联合采购备电用磷酸铁锂电池

中国铁塔与中国电信将联合组织备电用磷酸铁锂电池采购工作,目前正邀请投标人参与电池产品入网检测,要求送样型号为48V/100Ah,检测分为系统、BMS和平台接入三部分。据近日中国铁塔和中国电信分别发布的备用磷酸铁锂电池常态化测试公告,要求送检供应商应为磷酸铁锂电池组产品的生产制造商,同时具备磷酸铁锂电芯自主生产能力,送样型号为磷酸铁锂电池组(集成式)备电48V/100Ah,《磷酸铁锂电池检测实施细则》要求送样5组电池组、1个BMS和9个单体电池,备电用磷酸铁锂电池的检测分为系统、BMS和平台接入三部分,在安全性能方面要求电池在抗过充电、深度放电、抗冲击、抗高温、抗短路等条件下应不起火、不爆炸,详细要求见附件。据资料显示,三大国有通信运营商为中国铁塔股东,其中中国移动直接持有其约27.93%股份,中国联通直接持有其约20.65%股份,中国电信直接持有其股本约20.50%股份。10月19日,中国铁塔公告表示分别与各通信运营商集团公司订立物业租赁框架协议(2021-2023)和服务供应框架协议(2021-2023)及与中国移动集团公司订立站址资源服务框架协议(2021-2023),协议将于2021年1月1日起生效,至2023年12月31日止,期限三年。10月20日,中国铁塔发布了三季报,2020年前三季度中国铁塔实现营业收入602.20亿元,同比增长5.6%,其中跨行业及能源经营业务收入实现26.12亿元,同比增长92.8%,保持高速增长态势;归属于公司股东的利润45.64亿元,同比增长17.8%。中国铁塔前三季度共建成5G站址34.5万个,97%以上是通过共享已有站址资源完成。有分析认为随着铁塔公司与三大运营商的5G基站起租率提升,5G带来的塔类业务收入有望加速增长。在5G基站建设大趋势之下,备电磷酸铁锂电池采购已然成为铁塔运营商的一笔金额不少的支出。中国移动在2020年以最高限价超25亿元采购约1.95GWh通信用磷酸铁锂电池产品,最终八家企业中标,分别为:中天科技、海四达、双登集团、亿纬锂能、南都电源、雄韬电源、光宇电源、力朗电池,投标价格最低约0.661元/Wh,中标总价13.68亿元。中国铁塔2020年也曾发布了2.0GWh备电用磷酸铁锂电池集采招标,最终双登集团、南都电源、鹏辉能源、中天科技、圣阳电源五家企业中标。中国铁塔与中国电信备电用磷酸铁锂电池产品第一批常态化测试公告中国铁塔与中国电信将联合组织备电用磷酸铁锂电池的采购工作,为了提升采购效率,保障产品采购质量,中国铁塔与中国电信将联合启动备电用磷酸铁锂电池产品的第一批常态化测试工作。现向有意向参加后续项目投标的潜在投标人发出参加产品入网检测的邀请。具体事宜如下:一、 参加产品入网检测供应商要求(1) 本次送检供应商应为磷酸铁锂电池组产品的生产制造商,同时具备磷酸铁锂电芯自主生产能力。(2) 本次参加产品入网检测供应商名称须与后续招标项目中投标人的名称一致。(3) 前期通过“中国铁塔股份有限公司2020年备电用磷酸铁锂蓄电池组产品集约化电商采购项目”产品入网检测的供应商可沿用其检测结果,亦可自愿选择重新送检,若重新送检则后续招投标项目将以最新一次检测结果为依据。二、 送样产品要求、检测依据及通过标准本次送样型号为磷酸铁锂电池组(集成式)备电48V/100Ah,具体送样要求、检测依据及通过标准详见附件2《磷酸铁锂电池检测实施细则》。三、 产品入网检测报名截止时间2020年10月23日下午4点(北京时间)。四、 产品入网检测报名方式有意向的供应商将附件1 报名申请表盖章件及营业执照盖章件发送至项目联系人邮箱。五、 产品入网检测公告发布媒介本次产品入网检测公告将在中国招标投标公共服务平台、工业和信息化部通信工程建设项目招标投标管理信息平台、中国铁塔在线商务平台、中国电信阳光采购网、比德电子采购平台上发布,其他媒介转载无效。六、 项目联系人尹一杰 16601181377 yinyijie.zgtj@chinaccs.cn七、 其他本次产品入网检测结果将作为后续中国铁塔与中国电信联合招标采购项目的资格条件之一,涉及具体招标采购项目的其他资格条件,采购人将在后续的招标公告中发布。若供应商需通过具体招标项目所有必要条件(资格条件)判断是否参加产品入网检测的,可待具体项目招标公告发布后再申请参加产品入网检测。采购人:中国铁塔股份有限公司、中国电信集团有限公司、中国电信股份有限公司代理机构:中国通信建设集团有限公司附件2:磷酸铁锂电池检测实施细则

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磷酸铁锂电池与三元动力锂离子电池性能对比分析

目前国内的主流动力电池,根据正极材料的不同,分为磷酸铁锂电池和三元电池两种。正是由于正极材料的不同,造成了这两种电池在性能上存在较大的差别。磷酸铁锂材料结构稳定,热稳定性好,其循环性能和安全性优于三元材料;三元材料能量密度高,但由于充放电过程中材料结构不稳定,易发生相转变,因此其循环性能比磷酸铁锂差;三元材料的热稳定性较差,因此三元电池安全隐患高于磷酸铁锂,国内外关于电动汽车燃烧、爆炸的事故报道中,三元电池所引发的安全事故量显著高于磷酸铁锂电池。一、实验过程本文根据GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》和GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》的相关测试规程,对75Ah磷酸铁锂和三元NCM622电池的单体循环寿命、室温放电容量,以及模块(5支单体串联)的室温放电容量、室温倍率性能进行了测试。电池单体和模块照片如图1所示。磷酸铁锂电池单体质量1.81kg,模块质量9.05kg;三元电池单体质量1.34kg,模块质量6.70kg。图1 商业化磷酸铁锂电池(a)单体和(b)模块;商业化三元电池(a)单体和(b)模块1.1 电池单体性能测试磷酸铁锂电池单体充电电压上限为3.8V,放电终止电压为2V;磷酸铁锂电池模块充电电压上限为19V。三元电池单体充电电压上限为4.2V,放电终止电压为3.0V;三元电池模块充电电压上限为21.5V。1.1.1 单体循环寿命测试a)以1I1(I1=75A)放电至终止电压;b)搁置30分钟;c)以1I1电流恒流充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电;d)搁置30分钟;e)以1I1放电至放电终止条件,记录放电容量;f)按照b)~e)连续循环500次。1.1.2 单体室温放电容量测试a)1I1电流恒流充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,搁置1h;b)室温下,蓄电池以1I1电流放电,直到放电至终止电压;c)计量放电容量,记录放电比能量;d)重复步骤a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%,可提前结束试验,取最后3次试验结果平均值。1.2 电池模块性能测试1.2.1 模块室温放电容量测试a)电池模块(5支单体串联)以1I1充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,若充电过程中有单体电池电压超过终止电压0.1V时停止充电,充电后搁置1h;b)室温下,蓄电池以1I1电流放电,直至任意一个单体电压达到放电终止电压;c)计量放电容量和放电比能量;d)重复步骤a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%,可提前结束试验,取最后3次试验结果平均值。1.2.2 模块室温倍率放电性能测试a)电池模块以1I1充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,若充电过程中有单体电池电压超过终止电压0.1V时停止充电,充电后搁置1h;b)室温下,蓄电池模块以3I1电流放电,直至任意一个单体电压达到放电终止电压;c)计量放电容量。二、结果与讨论商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的循环寿命测试结果如图2所示。磷酸铁锂电池的首周放电容量为77.80Ah(质量比容量42.98Ah/kg),500周循环后放电容量为72.01Ah(质量比容量39.78Ah/kg),容量保持率为92.56%。三元电池的首周放电容量为77.82Ah(质量比容量58.07Ah/kg),500周循环后放电容量为70.69Ah(质量比容量52.75Ah/kg),容量保持率为90.84%。图2 商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的循环寿命测试结果由此可见,磷酸铁锂电池的循环稳定性高于三元电池,而三元电池在比容量方面更有优势,而其额定电压也高于磷酸铁锂。因而可以预见,三元电池的能量密度高于磷酸铁锂电池,后续的放电容量测试将对此进行具体的验证。商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的放电容量测试所得放电容量曲线如图3所示。磷酸铁锂电池3次循环的放电容量分别为78.56、78.73和78.79Ah(比容量分别为43.40、43.50、43.53Ah/kg),根据标准规定,取其平均值78.69Ah(比容量43.48Ah/kg)作为放电容量。三元电池3次循环的放电容量分别为76.98、77.78和77.89Ah(比容量分别为57.38、58.04、58.13Ah/kg),取其平均值77.55Ah(比容量57.87Ah/kg)作为放电容量。图3 商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的放电曲线图3(a)和图3(b)所示分别为磷酸铁锂和三元电池的3次放电容量曲线,磷酸铁锂电池在3.25~3.15V间有平缓的放电电压平台,而三元电池的放电平台4.05~3.35V,电压平台较宽。记录磷酸铁锂的3次放电能量分别为248.90Wh(比能量137.51Wh/kg)、248.15Wh(比能量137.10Wh/kg)、247.31Wh(比能量136.64Wh/kg),平均比能量为137.08Wh/kg;而三元电池的三次放电能量分别为278.78Wh(比能量208.04Wh/kg)、282.36Wh(比能量210.72Wh/kg)、282.88Wh(比能量211.10Wh/kg),平均比能量为209.95Wh/kg。由此可见,由于三元电池的比容量和电压平台均高与磷酸铁锂电池,因而商业化三元电池的比能量高于磷酸铁锂电池。对商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块(均为5支单体串联)的放电容量测试,所得放电容量曲线如图4所示。磷酸铁锂电池模块3次循环的放电容量分别为76.91Ah、77.72Ah和77.88Ah,根据标准规定,取其平均值77.47Ah作为放电容量;而三元电池模块3次循环的放电容量分别为80.80Ah、80.97Ah和81.02Ah,取其平均值80.93Ah作为所测放电容量。图4 商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块的放电曲线图4(a)和图4(b)所示分别为磷酸铁锂和三元电池模块的3次放电容量曲线,磷酸铁锂电池模块在约16.25~15.50V间有平缓的放电电压平台,而三元电池模块的放电平台范围较宽,约在20.75~17V间,这与单体的放电曲线相对应的。记录磷酸铁锂的3次放电能量分别为1220.53Wh(比能量134.86Wh/kg)、1235.08Wh(比能量136.47Wh/kg)、1236.24Wh(比能量136.60Wh/kg),平均比能量为135.97Wh/kg;而三元电池的三次放电能量分别为1477.82Wh(比能量220.57Wh/kg)、1481.72Wh(比能量221.15Wh/kg)、1482.85Wh(比能量221.32Wh/kg),平均比能量为221.01Wh/kg。电池模块测试的比能量与单体测试结果相近。商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块的倍率放电曲线如图5所示,为充满电的电池模块在3C倍率(225A)下放电的曲线。磷酸铁锂电池模块的放电容量为76.19Ah,为初始容量(模块放电容量测试结果)的98.3%;三元电池的放电容量为80.14Ah,是初始容量的99.2%,这说明商业化磷酸铁锂和三元电池在3C高倍率下的放电能力与1C倍率(1I1电流)下无显著差别。图5 商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块的倍率放电曲线磷酸铁锂电池模块的放电电压平台约为15.75~15V,三元电池模块的放电电压平台约为19.5V~16.5V,对比1C倍率下的放电曲线发现,3C倍率下的放电电压平台有所下降,这是因为在高倍率下极化现象加剧的原因所造成的。三、结论商业化动力磷酸铁锂电池的循环稳定性优于三元电池,其耐久性更为优异。商业化三元电池放电电压平台高,比容量高,三元电池单体和模块的能量密度超过200Wh/kg,高于磷酸铁锂电池(约136Wh/kg),因而可以为电动汽车提供较长的续航里程。磷酸铁锂电池和三元电池高倍率下都有较为优异的放电能力。电动汽车生产商基本是根据汽车的指标参数进行电池体系选型;而对于电动汽车买家而言,首先应了解电动汽车所用电池的体系是磷酸铁锂电池还是三元电池,从而根据按自己的实际需求进行车型选择。

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轨道交通蓄电池智能维护

引言随着轨道交通在我国迅猛发展,铅酸蓄电池在轨道交通有着非常广泛的应用。蓄电池作为电源系统核心组成部分,是供电、通信、信号等系统应急保障的最后屏障。不仅是地铁供电系统继电保护、操作控制正常启动的有力保障,也是通信、信号、综合监控网络安全运行的守护。正常情况下,供电、通信、信号等系统负荷使用国家电网提供的交流电源,但一旦出现市电波动或断电,就需要作为后备电源的蓄电池进行应急供电,但如果作为最后电源屏障的蓄电池供电异常等,地铁的各大系统将失效或瘫痪,最终造成系统设备失效、地铁停运等重大事故。受到蓄电池的制造工艺以及使用方法、维护手段不够准确等因素的影响,导致蓄电池的使用寿命远远达不到免维护程度,有些甚至只能达到设计寿命的一半,严重影响到轨道交通的安全运行。由于现在轨道交通行业对于蓄电池的维护管理手段较少,人工维护管理为主,对蓄电池状态无法有效进行预判。如何提高轨道交通行业的蓄电池维护管理能力,帮助运维人员及时了解蓄电池工作状态,找到落后蓄电池,具有很大的意义。2蓄电池维护现状蓄电池目前普遍使用的是免维护阀控式铅酸蓄电池,相对于之前开口式铅酸蓄电池,其在使用期间,不用加酸、加水,为了降低人工维护的复杂度,增加电池密封结构设计,俗称“免维护”电池。其实所谓“免维护”,仅仅只是针对加酸、加水和排气,蓄电池其他状态参数的监测,还是完全必要的。2.1 传统维护方式没有在线式蓄电池监测系统面世之前,后备电源系统只能监测组电压、组电流、环境温度等少量电池状态参数。而电池单体的电压、内阻、温度、SOC和SOH这些核心参数,却未提供实时监测,或使用人工方式,只能靠万用表、钳形表等仪表进行人工来测量:传统的维护主要是人工定期巡检(3个月或6个月一次),通过手持测量仪器测量电池电压、内阻等关键参数,费时费力,周期长,容易存在维护盲点,不能及时发现安全隐患。人工测量不但工作量很大,而且人工测量精度差、易受人为因素影响,实时性和连续性差。人工测试大都为定期进行,无法及时发现落后失效电池。2.2 电池运行维护问题根据权威维修结果统计,超过50%的后备电源故障由于蓄电池失效引起的。常见问题主要表现为几个方面:(1)、蓄电池实际使用寿命远低于电池设计寿命蓄电池的运行环境不佳,难以长期有效保持在15~25℃,尤其在南方复杂气候条件下,蓄电池在前期施工安装阶段已进场,长期处于高温的运行环境。根据蓄电池行业标准,蓄电池要求运行环境温度为20℃-25℃,温度超过25℃后,温度每提高10℃,蓄电池寿命将减少一半。如一般蓄电池使用寿命为10年,若蓄电池长期在35℃运行,蓄电池的使用寿命将在5年以内。(2)、个别电池老化,引起整组电池容量下降蓄电池组中容量最小的单台电池的容量,即为整组电池可使用的总容量,这就是我们经常引用的“木桶理论”。电池组整体性能取决于单个劣化最严重电池。某单个蓄电池劣化时,该蓄电池内阻一般会急剧增大,对于串联回路,充电时最快充满,放电时最快到达截止电压。即我们常说的“一充就饱,一放就光”的现象。若长期运行未及时处理,将引起整组蓄电池的容量长期处于低水平状态。大部分状态良好的蓄电池无法可得到有效使用,从而慢慢导致大量蓄电池惰性,进而使整组蓄电池寿命缩短,后备电源的可靠性也无法得到保证。(3)、蓄电池生产质量及工艺一致性差后备电源中,铅酸蓄电池组是串联回路,电压等级越高,电池节数越多。轨道交通行业对电池组运行中电压偏差值有明确的要求:这不仅仅对电源充电设备提出很高要求,同时也对电池生产质量及工艺一致性提出很高要求。,厂家分批次生产的蓄电池质量上存在一定程度上差异性,如果蓄电池出厂时质量严格性得不到保证,那么同一批次的蓄电池中质量差的蓄电池也在现场蓄电池成组使用时,会因组内每节蓄电池的优劣程度不一致,这种程度上的电池混用将加速整组电池快速失效。(4)、目前后备电源系统只能监控整组电池常见的传统后备电源系统只能监测组电压、组电流、环境温度等少量电池状态参数。而电池单体的电压、内阻、温度、SOC和SOH这些核心参数,却无法进行实时监测,只能依靠人工方式拿手持设备检测获取。但实时性和连续性较差,运维成本升高的同时效率也急剧降低。另外,在一些常见的后备电源系统中,有可能会配备传统的电池巡检仪。电池巡检仪虽然也能在线测量,但它主要测量点对象是单体电池电压,而蓄电池的内阻、温度、SOC和SOH这些核心参数,却无法及时得到体现。如下图:2.3、轨道交通特征城市轨道交通呈现网路复杂线路多,单程线路长,车站呈量多离散状态,蓄电池组广泛分布于城市东西南北不同位置,维护工作量巨大。例:广州地铁六号线共32个车站,按传统维护模式,每个站点的蓄电池组维护至少需要两天时间,整条线路的维护工作至少需要2个月的时间。分布式在线监测针对轨道交通行业特征及传统蓄电池维护的不足和缺陷,本文提出基于总线供电的全分布式在线电池监测系统,对分布在轨道交通沿线各个站点的蓄电池进行远程实时监测和采集,将电池组及单体电池关键参数:电池组电压、电池组电流、单体电池电压、单体电池内阻、单体电池温度、单体电池SOC、单体电池SOH等,通过以太网或4G方式,将数据传送到服务器后台系统,后台系统进行蓄电池个体自身历史趋势对比以及蓄电池组内个体间的对等比较,预测存在故障隐患的蓄电池,实现对蓄电池组的状态预警和智能化管理。3.1 系统构成分布式的在线电池检测系统由采集层的传感器,通讯层的收敛电池网关,以及主站层的系统构成。3.2 采集层采集层由电池传感器和组电压组电流传感器组成,电流采用开口霍尔测量,无需拆开级联线,便能方便轻松接入。所有的传感器都是从通讯层蓄电池网关供电,无需从电池取电,通讯采用RS485总线,稳定可靠。采集器自带运行和告警灯,电池故障,对应的传感器会立即有红灯告警,可以快速定位机房内有故障的电池。单体采集器对每节电池的电压,温度,内阻,液位及漏液进行采集。组电压电流传感器对每一组的组电压,组电流进行采集。3.3 通讯层通讯层主要是由收敛蓄电池网关组成,灵活配置,可适用于1-6电池组的监控,最多支持420节电池全部数据的监控,实时在线估算电池剩余电量SOC,电池健康度SOH,及在均衡度不一致时执行均衡的策略,电池告警的处理,以及实现提供最多5年的历史数据存储;通讯接口方面向上提供对上提供2路485端口 + 1路网口,支持标准的Modbus-Rtu 和 Modbus-Tcp协议,及SNMP协议,可方便快速接入第三方系统。3.4 系统层4方案总结基于总线供电的全分布式在线电池监测系统,能有效解决轨道交通行业蓄电池维护的难点和痛点,相对于传统人工方式,传统的电池巡检仪,以及目前市面上一些蓄电池监测产品,有着一下几点明显优势:4.1 替代人工巡检基于总线供电的全分布式在线电池监测系统,通过蓄电池本地监测装置,能远程实时对轨道沿线各个站点进行运行要求的数据采集,采集电池组电压、电池组电流、电池组电压均衡度、电池单体电压、电池单体内阻、电池单体温度、电池单体SOC、电池单体SOH等。通过轨道交通专用数据网或数据传输网,将数据传送至控制中心服务器。完全可以替代人工巡检繁琐的日程工作,把日常维护巡检中的危险性和故障性降到最低,进而降低运维成本,真正做到各个站点机房无人值守。4.1 总线供电技术市面上的分布式电池监测产品,大都从电池取电。电池监控模块从电池取电,会加快消耗电池电能,更为关键的是,如果电池监控模块因生产质量不一致,及现场运行故障,会造成消耗电能的不同,进而对运行电池组的一致性产生冲击,可能造成电池电压新的不平衡。本文提到的基于总线供电的全分布式在线电池监测模块,采用主机总线供电技术,无需从电池供电,能有效维护运行电池的电压均衡;4.2 单体模块地址自动配置市面上的分布式电池监测产品,大都需要人工设置地址,安装调试环节费时费力,还容易出错。本文提到的基于总线供电的全分布式在线电池监测主机,可以一键自动搜索各个电池单体监测模块,自动配置通讯地址,无需人工过多干预和设置,有效减少工程工作量和配置错误,进而很大程度提高调试维护效率,减少调试出错,降低调试、运维成本。4.3 高精度内阻测试技术市面上的电池监测产品,两线制测试内阻居多,根据内阻测试电路,会引入导线内阻误差。蓄电池内阻是毫欧级,一旦有导线内阻引入,对蓄电池内阻精确度影响较大。人为补偿导线内阻,将增大调试工作量,增加调试、维护成本,并且补偿值难以准确估算。本文提到的基于总线供电的全分布式在线电池监测产品,采用开尔文四线制法,消除导线引入的内阻误差,保证测量内阻高精度。同时,该产品采用近1KHz的内阻测量频率,有效避开常规UPS工频干扰,保证了内阻测试结果的准确性。4.4 丰富多样的测量数据市面上的电池监测产品,大都提供常规的内阻,温度,电压,电流及SOC测量功能,本文提到的基于总线供电的全分布式在线电池监测产品,还提供纹波电压,纹波电流,漏液,液位检测等更加丰富的测量数据。基于这些数据,通过后台大数据分析系统,更准确的对运行的蓄电池进行故障预测分析、健康预测分析,优化了蓄电池的维护手段,实现蓄电池的状态维护,延长了蓄电池的使用年限。5结束语基于总线供电的全分布式在线电池监测系统,不仅弥补了传统蓄电池维护与检测上的步骤,节省了大量的维护时间和人力、物力的消耗、降低维护成本。同时能及时发现和甄别落后、失效蓄电池,发出系统安全预警,避免事故的发生,进而提高蓄电池维护质量和效率,也提高了电源系统运行安全性和可靠性。全分布式在线电池监测系统目前已应用于合肥地铁2号线、长沙地铁4号线、乌鲁木齐地铁1号线、成都有轨电车2号线、哈尔滨地铁2号线等轨道交通项目中,取得较好的应用效果。随着轨道交通的快速发展,新的蓄电池在线监测产品也必将在轨道交通得到更好、更广泛应用。

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2020-24年全球高级铅酸电池市场规模有望增32亿美元

国际市场研究机构Technavio日前发布报告称,2020-2024年,全球高级铅酸电池市场规模有望增长32亿美元,期间年复合增长率接近9%。报告中认为,越来越重视减少交通运输部门的排放以及政府有利的政策,全球电动汽车和混合动力汽车的需求不断增长,将带动全球高级铅酸电池市场汽车领域的增长。同时,人口的增长和经济发展导致电力消耗增加,以及温室气体排放量的增加迫使政府将重点放在可持续和可再生能源上,例如风能,太阳能和生物质能。此外,政府对使用可再生能源的要求越来越高,这也导致了全球能源结构的变化。在预测期内,可再生能源的间歇性发电将推动对用于储能应用的高级铅酸电池的需求。此外,现有内燃机车辆对替换电池的稳定需求将推动高级铅酸电池市场的需求增长。与传统的铅酸电池和锂离子电池相比,相对技术和价格性能将引领汽车应用对高级铅酸电池的需求。从区域市场来看,2019年亚太地区是全球最大的高级铅酸电池区域市场。预计在预测期内,该地区将继续主导全球市场增长,其中60%的增长将来自亚太地区。中国、日本和印度是该地区高级铅酸电池的主要市场。但是就增速而言,亚太地区将慢于中东、欧洲与非洲,和美洲市场的增速。从未来发展趋势来看,微电网的日益普及将影响高级铅酸电池的市场格局。由于微电网供电的可靠性高于并网电网,因此普及率将在预测期内有所提高,从而促进对高级铅酸电池的市场需求。

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2020-24年全球固定式铅酸电池市场年复合增率近9%

国际市场研究机构Technavio最新发布的报告显示,2020-2024年,全球固定式铅酸电池市场规模有望增长48.6亿美元,期间年复合增长率接近9%。电信订户的增长推动了电信塔式安装的数量。大多数全球电信塔式设备均使用铅酸电池,因为电池成本更具竞争力,从而支持较低的运营成本和较低的拥有成本。因此,固定铅酸电池在电信行业的采用率很高,在预测期内,该细分市场的固定铅酸电池市场份额增长将非常显着。2019年,亚太地区是全球最大的的固定式铅酸电池区域市场,预计在预测期内,对OEM电池的需求,劳动力和原材料的低成本以及及时的交货优势推动了美国和其他发达国家的制造商将基地转移到中国等亚太国家,这将大大推动该地区固定式铅酸电池市场的增长。整体来说,在预测期内,市场增长的61%将来自亚太地区。中国,印度和日本是亚太地区固定式铅酸蓄电池的主要市场。该地区的市场增长将快于其他地区的市场增长。在非洲地区,大多依赖离网电信塔,因为其基础设施薄弱。同样,在北美(主要在美国),电信塔和基础设施运营商正面临减少其碳足迹的压力。这些国家正在大力投资,以在电信行业中采用基于可再生能源的电池储能。此外,电信电源系统制造商正在通过绿色电信电源系统扩展其产品组合。例如,2012年,伊顿(Eaton)收购了库珀工业公司(Cooper Industries),将智能电网的专业知识与现有产品组合相结合。电信行业对绿色能源不断增长的需求吸引了电池研发的投资和资金,这正在推动全球固定铅酸电池市场的增长。再加之,铅酸电池使用了60%-80%的回收铅,因为用于处理回收铅的能耗小于原矿的能耗,这样可以保护环境免受铅和塑料(7000, 125.00, 1.82%)的毒害影响,并满足最终用户的价格敏感要求。

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数据机房用高功率铅酸蓄电池漏液危害及预防措施

近几年随着信息及计算机网络的飞速发展,我国对数据中心的建设规模日益增大。数据中心的平稳运行,离不开UPS系统的保障。UPS系统又叫“不间断电源”,作用是保护计算机数据中心网络设备供电不间断,为计算机及其网络系统提供持续电力保障。目前我国在数据中心建设中,UPS系统大多采用阀控密封铅酸蓄电池作为后备应急电源。阀控密封铅酸蓄电池具有技术成熟、性价比高、使用维护方便、生产工艺成熟而且有环境友好、可再生等特点,其中高功率铅酸蓄电池更兼具有大电流输出性能好、比能量高的优点而被广泛采用。高功率铅酸蓄电池作为UPS系统的关键组成部分,其优劣直接影响到UPS系统的可靠程度。在影响UPS稳定性和可靠性的诸多因素中,蓄电池漏液是最不可忽视的致命隐患。一旦蓄电池出现漏液,引起蓄电池组发生电气短路,必然导致UPS直流电源系统输出电压瞬间跌落,引起负载设备掉电,导致网络中断故障,影响信息通信传输,如果不能及时发现和切断电源,则会引起机房火灾事故。高功率铅酸蓄电池漏液原因分析蓄电池在数据机房内长时间使用过程中,不管是什么型号电池,或多或少都会有一些安全隐患问题,诸如因为制造、搬运、运输、维护不当、使用时间过长、安装不好等问题引起电池变形、漏液,而电池漏液是常见的安全隐患问题。通过多年来的研究分析,主要是以下几个原因导致漏液。1、电解液高功率铅酸蓄电池为免维护电池,电池后期维护不需要添加电解液。在生产过程中一般采用贫液技术,正极产生的氧气通过超细玻璃纤维隔板通道到达负极进行复合吸收,如果电池内部电解液量过多,压力增加,导致复合通道受阻,则会增加蓄电池内部气体压力,使电池在密封不良的地方产生漏液。2、安全阀安全阀是蓄电池调节气体压力的“节拍器”,在一定压力下对电池起到密封的作用,可以防止电解液向外界溢出。当蓄电池超过规定压力后,安全阀自动打开放气,造成安全阀漏液的原因一般有两个:一是电池加酸量过多,电池处于富液状态,致使氧气再化的气体通道受阻,电池生成的气体无法复合,内部压力增大后导致安全阀频繁开启,气体溢出安全阀后在电池外部遇冷,在安全阀周围冷凝成酸液;二是安全阀周围橡胶垫老化,电池密封性能变化,造成开阀压力下降,安全阀长时间开启,酸雾冷凝成液体后造成漏液现象。3、极柱端子极柱漏液的现象在数据中心比较普遍,电池在运行1年后,个别极柱端子就会产生漏液,往往运行5年后,极柱端子漏液问题就非常严重了。电池漏液的关键原因就是极柱金属与电池盖密封胶配合不好,极柱端子在酸性环境中被氧气腐蚀,电解液在内部气压作用下,沿着腐蚀的路径,流到端子表面产生漏液,这就是俗称的爬酸现象。4、电池槽盖目前电池槽盖密封有环氧树脂密封和热封两种方式。环氧树脂胶封漏液,主要是胶封控制条件较为严格,要求环氧胶配方和固化条件控制要好,否则会造成密封胶与壳体粘结处结合不好,形成漏液通道,造成电池漏液;电池热封则是将电池槽盖塑料在特定的温度和时间内,加热熔化,如果加热温度和加热时间控制好,且密封处干净无污染,密封是非常可靠的。通过解剖分析,一般发生漏液现象的电池,电池槽盖热熔层存在蜂窝状砂眼,在内部气体压力下,酸雾随着氧气通过砂眼,产生漏液。高功率铅酸蓄电池漏液的预防措施要解决铅酸蓄电池组漏液的问题,最核心的是确保铅酸蓄电池的质量,如保证蓄电池电解液量在一个合理的范围,确保电池外壳的密封性,以及保证电池槽盖密封的有效性等。在源头上控制漏液是最重要的方式,也是电池厂家最基本的责任。当然,任何产品都很难做到100%的良品率,因此通过一些附加的方法来预防电池漏液造成危害也有了一定的现实意义。通常,数据中心用户防止蓄电池漏液引起短路危害,主要采取以下一些措施。1、绝缘垫数据中心安装绝缘垫是最简单有效地防止高功率铅酸蓄电池短路的一种方法,其一般放置在电池和电池架承重梁的中间,通过在电池底部增加绝缘垫的方法,使电池漏液产生的电解液堆积于绝缘垫上,而不是电池架上,防止电池漏液流出的腐蚀性液体与电池底部的金属架间导通引起电气短路,安装示意图如图1所示。该措施实施方便,对于立式安装的电池具有一定作用,但也有局限性:一是若电池漏液量大,绝缘垫也不能完全承接所有液体,液体流到下层架子或电池上,造成架子腐蚀以及电气短路;二是电池为卧式安装时,由于绝缘垫只覆盖电池部分面积,无法覆盖到电池盖与极柱范围,电池漏液产生的酸液滴漏到下层电池及电池架上,造成架子腐蚀以及电气短路;三是绝缘垫整张铺设,不利于上下层电池间散热。绝缘垫目前有阻燃橡胶垫和环氧树脂板两种材料。阻燃橡胶垫材质为橡胶,材质中添加阻燃剂达到阻燃的效果,橡胶垫因其具有高弹性,所以其抗震性能特别好;橡胶绝缘垫表面阻力大,安装困难,散热性能差,但价格比较便宜。环氧树脂垫采用的材质为环氧板,又称玻璃纤维布,是用环氧树脂粘合而成加温高压制作,在中温下机械性能高,在高湿下电气性能稳定,用来防止电池漏液引起的电气短路,效果十分显著。相对而言,环氧绝缘板表面光滑,安装方便,但是价格比橡胶垫贵。2、绝缘护套在电池抗震铁架每层铁架构件(承重梁)与电池壳体接触部分上衬以塑料绝缘护套,将金属承重梁全包裹,如图2所示,其作用就是将电池与金属电池架之间隔开,防止漏下的腐蚀性液体将电池与架间导通,发生电气短路。绝缘护套也可以叫做U型卡槽或承重梁护套,一般设计成U形卡在电池承重梁上。材质选阻燃PVC、ABS或PP等塑料材质,光滑、耐磨、抗压力好,安装方便。且不影响电池上下层通风散热。缺点是不能承接液体,液体量大会流到下层电池上产生腐蚀。绝缘护套需要根据承重梁形状专门定制开塑料模具。3、防漏液托盘为避免电池漏出的腐蚀性液体影响其它架或电池,在电池底部设计一托盘,将整个电池完全托住,其长宽尺寸比电池长宽稍大些,电池漏出的酸液能随着电池槽体流入防漏液托盘内;托盘厚度设计要有一定的强度以承受电池重量;托盘内底部设计导流筋条,使电解液向托盘四处扩散,避免一处电解液沉积过多,使电池长期浸泡在电解液中;托盘材料采用阻燃ABS或其它阻燃塑料材料,保证托盘的阻燃性能,可以一定程度上阻止电池因电气短路引发的燃烧。缺点是针对每个型号电池要专门定制塑料模具。防漏液托盘安装示意图如图3所示。结论近年来,因铅酸蓄电池漏液引起的数据机房事故并不少见,漏液对整个系统安全运行造成的危害十分严重。所以在数据中心机房日常维护中,了解铅酸蓄电池漏液现象造成的危害、产生的原因及应对措施是非常有必要的。本文详细分析了铅酸蓄电池漏液产生的原因,并重点基于蓄电池漏液已形成的情况下,对蓄电池漏液提出了几种预防的措施,以期对数据中心的安全运行提供一些帮助。

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废旧铅蓄电池回收“求规范”

废旧铅蓄电池含铅及含铅酸液等物质,若拆解、加工利用不规范,则可能导致铅和含铅酸液泄漏,造成大气、水体、土壤环境严重污染。据不完全统计,我国每年约有近16万吨铅在非法冶炼过程中流失。“在我国,每年退役的约300万吨废旧铅蓄电池中,经正规渠道回收的仅有30%左右,也就是说,绝大多数废旧铅蓄电池回收处理都是通过非正规渠道。”中国化学与物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇近日在接受记者采访时说。实际上,规范废旧铅蓄电池回收处理已被反复呼吁,一直以来,国家相关部门也陆续出台了多项政策。然而,目前废旧铅蓄电池回收行业仍呈无序态势。问题究竟出在哪里?屡禁不止,致生态环境风险“激增”今年5月,生态环境部通报“生态环境部通报监督执法正面清单实施期间第一批环境执法典型案例”,其中“福建宁德沙江镇围江村废旧铅蓄电池加工厂非法处置危险废物涉嫌犯罪案件”赫然出现在公众视野。经查,该加工厂未取得废旧铅蓄电池处置许可,从事废旧电动车铅蓄电池拆解、极板熔炼。自2019年12月投产以来,已总共采购处置130余吨废旧铅蓄电池,并从中获利合计80余万元。生态环境部在通报中指出,因该加工厂拆解废旧铅蓄电池的行为涉嫌污染环境犯罪,宁德市霞浦生态环境局已将案件移送霞浦县公安局进一步侦办。事实上,记者随后在采访中了解到,近年来,随着退役的废旧电池数量激增,这类非法收购废旧铅蓄电池、非法加工炼铅之举在各地已靡然成风。虽有法律条文明令禁止,却仍屡禁不止。刘勇指出,与正规渠道回收途径相比,非正规回收途径不受设备投资、厂房建设、成本等因素约束。大多数情况下,从事非法炼铅的小作坊将废旧铅蓄电池简单拆解,保留回收残值高的铅极板用以炼制铅锭,同时将含铅酸液直接倾倒进土壤或河流,过程中产生的废气、废水、废渣不经处理便直接排放,对人体和生态环境极易造成安全隐患。废旧铅蓄电池拆解池 资料图相关统计显示,近年来,在广东、辽宁、安徽等多地已共抓获从事非法回收废旧铅蓄电池的嫌疑人达数百名。非法收购、拆解的废旧铅蓄电池最高达2万吨,涉案金额最高达到上亿元。对此,业内专家指出,在这些案件中,不法分子谋取高额利润的同时,带来的生态环境损害治理成本更呈倍数级增加。一本万利,正规回收渠道遭“碾压”一位不愿具名的业内人士向记者指出,“一本万利”是促使非法炼铅作坊不惜铤而走险违法回收废旧铅蓄电池的根本原因。记者多方了解到,废旧铅蓄电池回收价格约为9000元/吨,冶炼铅锭的出售价格可高达约18000元/吨。一些非法拆解废旧铅蓄电池作坊每出售一吨冶炼铅锭的牟利空间高达2000多元。废旧铅蓄电池正规回收企业,须具备国家相关部门颁发的资质证书,并严格遵循相关流程严格约束,方可开展回收处理业务。业内人士指出,正规回收废旧铅蓄电池的企业都是在全封闭环境下,运用自动化机械设备,对废旧铅蓄电池进行破碎、分选、转化。每吨再生铅还需纳税,环保成本近千元,相比非法炼铅作坊,利润空间相对较小,经营压力较大。“相比非法作坊,正规企业仅环保设备投资就占40%左右,再加上运维、折旧、人工成本等因素,总体成本明显偏高。”刘勇进一步指出。利润空间小,正规企业收购废旧铅蓄电池的价格就会相对较低。老百姓们自然会更倾向于将废旧铅蓄电池卖给出价更高的非法炼铅作坊。废旧铅蓄电池拆解池 资料图中国电池工业协会副理事长王敬忠也曾表示,中国有近七成废旧铅蓄电池都掌握在非法炼铅作坊手里。大量废旧铅蓄电池经过非法炼铅后,又将去向何处?“非法炼铅作坊会将炼好的铅售卖给汽车维修点、乡村或城乡结合部当地4S店。此类接收点布局散乱、规模不一、数量众多,市场管理部门监管较难,极易与非法炼铅作坊形成利益共同体,与‘正规军’抢生意明显占据上风。”刘勇说。对标国际,规范化体系建设短板亟待补齐刘勇表示,近几年来,国家对非法回收废旧铅蓄电池行为的打击正在持续进行,不法企业的非法回收行为也有所收敛,但非法回收、拆解废旧铅蓄电池的行为未得到根除,究其原因,与规范化的废旧电池回收利用体系缺位不无关系。值得一提的是,前不久,国家发改委印发《铅蓄电池回收利用管理暂行办法(征求意见稿)》,其中指出国家实行铅蓄电池回收目标责任制,到2025年底,铅蓄电池回收率要达到70%以上。而在去年八月发布的更早版本征求意见稿中,则表述为,“到2025年底,规范回收率要达到60%以上。”对比之下,尽管今年提出的铅蓄电池回收目标较去年提高了10%,但却少了“规范”二字的约束。仅一词之差却也使“70%”目标的实现想象空间巨大,也无疑为废旧铅蓄电池回收成效蒙上了阴影。对标欧洲国家,我国废旧铅蓄电池处理仍存较大差距。记者了解到,在美国,废旧铅蓄电池回收执行押金制,使用者在购买铅蓄电池时需加收高额回收押金,这也意味着,使用者要将报废后的铅蓄电池交到指定回收点回收,不然将会损失一笔高额押金费。而德国则强制要求铅蓄电池生产商,要对废旧铅蓄电池在销售和收集过程进行“销一收一”,否则将禁止生产商销售铅蓄电池。就我国而言,应如何遏制非法回收铅蓄电池行为?国内“正规军”的春天又将何时到来?刘勇对此表示,完善废旧电池回收利用体系是当务之急。“特别是在政府监管方面,建议政府主导建立全国性最具权威的回收系统管理平台,更好地实现对铅蓄电池产品全生命周期监管。同时应出台国家层面相关政策法规,从严、从重打击铅蓄电池非法产业链上的回收处置行为。”刘勇说。对此,全国人大代表、天能集团董事长张天任也曾在今年两会期间建议,应进一步减轻铅蓄电池回收企业的税费负担,如对符合国家和地方环保标准、依法开展综合利用的铅蓄电池企业,免征环境保护税。“由于回收企业的大部分电池来源是电池售卖维修网点或个人,无法取得增值税发票,缺少进项税抵扣,可参照小规模纳税人的标准,按3%的税率申请税务部门代开发票。”张天任指出。他同时建议着力修订《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》,将铅蓄电池回收再生企业增值税即征即返比例恢复至50%,明确将铅蓄电池纳入到各省市的主要固体废弃物识别名单,并由国家出台统一政策,完善措施,指导各地出台废旧铅蓄电池在收集、转移、利用、处置等环节的行政规范。

作者: 张金梦 详情
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2020年许继集团国产蓄电池谈判采购

许继集团发布国产蓄电池谈判采购公告,采购项目共分为四个标包、分别采购铅酸电池和镉镍蓄电池。2020年许继集团国产蓄电池谈判采购项目谈判采购公告采购编号:JTNG2002141.采购条件项目单位为许继集团有限公司,资金来源为企业自有资金,采购人为许继集团有限公司或下属单位,并委托许昌许继物资有限公司为采购代理机构。项目已具备采购条件,现对该项目进行谈判采购。2.采购范围3.应答人资格要求(一)通用资格要求(1)应答人须为中华人民共和国境内依法注册的法人或其他组织,须具备提供相应货物(服务)的能力,并在人员、设备、资金等方面具有保障如期交货(完工)等承担采购项目的能力。(2)法定代表人或单位负责人为同一人或者存在控股、管理关系的不同单位,不得参加同一标包应答或者未划分标包的同一采购项目应答。(3)本次采购不接受联合体应答。(4)各应答人均可就本次采购的全部标包应答。(5)根据《国家电网公司供应商不良行为处理管理细则》的规定,应答人存在导致其被暂停成交资格或取消成交资格的不良行为,且在处理有效期内的,不得参加相应项目的应答。(6)应答人应具有良好的商业信誉,未被列为失信被执行人或被纳入电力行业市场主体严重违法失信“黑名单”,以首次应答文件递交截止当日“信用中国”网站查询结果为准。(7)本次采购不接受应答人委托中介机构或中间人代行办理应答事宜。(8)保证对采购人产品信息进行保密。(9)与采购人及其所属单位不存在未清纠纷。(二)专用资格要求(1)本次采购只接受制造商直接应答及履约(合同签订、供货、售后等)。(2)包W01、包W02应答人须提供最近两年(2018年-2019年)总计不少于3个500kV及以上电站项目的供货业绩,并提供销售合同和发票作为证明文档。(3)包W01、包W02应答人需提供TLC认证证书、排污许可证。(4)包W04应答供应商应具有同类产品出口项目业绩,须提供最近两年(2018年-2019年)每年不少于2个且单个合同金额不低于50万元的出口项目销售合同作为证明材料。(5)应答人必须同时响应包W01和W02,且二个标包相同物资价格必须一致。4.采购文件的获取4.1凡有意参加应答者,请于2020年6月23日起至2020年6月30日,每日上午9时至下午17时(北京时间,下同),按附件2格式填写《采购文件领取确认表》,加盖单位公章后发至采购代理机构邮箱wzgscgb06_xjgc@163.com,采购人收到后将电子版采购文件发至《采购文件领取确认表》所填写电子邮箱中,采购文件领取确认表文件命名为“项目编号+公司简称-日期”,同时提供可编辑word版及pdf盖章版。4.2未按照上述要求获取采购文件的,采购人将不予受理。5.首次应答文件的递交(提交)5.1首次应答截止时间:详见采购文件。首次应答文件递交(提交)的截止时间同首次应答截止时间。应答文件递交地点:河南省许昌市魏都区许继大道1455号许继集团招标中心。5.2首次应答截止时间之后送达或者未送达指定地点的应答文件,采购人不予受理。6.发布公告的媒介本次谈判采取公开邀请方式,同时在中国招标投标公共服务平台和国家电网公司电工装备制造交易平台上发布采购公告,采购公告将明确对应答人的资格要求、发售采购文件的日期和地点、应答等事宜。7.合规声明采购文件(包括商务部分和技术部分)不符合国家法律法规规定的,以国家法律法规规定为准。8. 采购代理联系方式(1)采购文件获取/应答保证金/履约保证金/代理服务费收缴联系方式:联系人:范工电话:0374-3216862邮箱:wzgscgb06_xjgc@163.com采购代理机构:许昌许继物资有限公司地址:许昌市魏都区许继大道1298号邮编:461000开户银行:中国银行股份有限公司许昌许继大道支行行号:104503039109账号:261169585064收款人名称:许昌许继物资有限公司2020年6月

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锂离子电池的热管理系统的问题和展望

【研究背景】由于锂离子电池(LIBs)对整个世界经济和技术发展产生了革命性影响,其发明者因此获得2019年诺贝尔奖。同时锂离子电池正在迅速成为电网和电动汽车能量储存和动力传输系统的主要组成部分,锂离子电池的发展速度正在加快,它们在小型电子设备(如智能手机、平板电脑和电脑)、电动化交通(电动汽车)和大型储能系统(电网)等方面得到广泛应用。预计未来十年全球锂离子电池产量将持续增长,增长幅度为4倍到10倍的范围(如图1)。图1. 未来十年锂电池全球产量的预期增长。材料性能的进步提高了电池的比能量和动力传输能力,因此有希望进一步扩大它们的用途。与此同时,人们已经认识到,在锂离子电池从制造到工作再到资源回收的整个生命周期中,需要继续努力来提高LIBs的安全性。单个电池中的热失控(TR)和电池间的热传播是导致锂离子电池不稳定的两个潜在因素,可能会降低其热安全性。TR发生在单个电池中,也可能会在多电池中传播。TR传播可导致爆燃、破裂和排气,对设备和用户造成严重后果。电池热管理是提高该技术整体安全性的一个重要方面,主要目标是预测、预防和减轻LIBs中TR和电池间TR传播两种热能效应。但是大多数电池管理系统通常包括安装在选定电池上的几个热敏电阻,以监控它们的表面温度,这种方法并不能跟上能量存储和动力传输能力的发展。【成果简介】近日,美国约翰斯·霍普金斯大学Rengaswamy Srinivasan教授(通讯作者)对锂离子电池热管理工作,包括传感器和直接测量电池内部温度的方法进行概述。在这篇综述中,作者基于原因分析和经验证据,表明电池中的热失控和电池间的热传播是由于电池内部物理和化学特性的不利变化造成的。追踪电池内TR前后变化,对电池间TR传播的复杂途径成功建模和绘制。防止TR和热传播的创新解决方案正在提出,其中包括用于快速监测每个电池内部状况的现代电池管理系统,以及物理和化学方法,以减少TR情况下电池间热量和物质快速传输的有害影响。相关研究成果以“Review-Thermal Safety Management in Li-Ion Batteries: Current Issues and Perspectives ”为题发表在Journal of The Electrochemical Society上。【核心内容】1. 数学模型通过更清楚地了解锂离子的组成部分,使用各种数学和计算模型来更好地解释热安全性。这些包括对电池内部在排气和TR前后发生的个体反应设计确定的模型,如多电池解决方案中电池设计和包装结构的计算流体动力学(CFD)模拟,可燃性极限和高通量筛选研究,将材料的实际信号与系统响应联系起来。同样的,在系统中,使用反馈到电路模型参数的传感器故障检测,量化故障概率的数据驱动方法,通过故障模式或类似方法进行风险评估,基于云端的故障诊断工具,以及跨越不同电池形式和化学物质的趋势。但是预测TR存在一些关键问题,包括其出现的频率极低、缺乏对热失控的一致定义,导致实验室规模的测试结果和现实情况不匹配,并且随着电池测试物品的尺寸和复杂性的增长,用于测试的预算显著增加。因此,机器学习或大数据分析等模式识别方法可以获得有限的训练数据集,从而产生足够信赖的结果。另一方面,即使在仔细控制了测试设置和操作人员的可变性之后,机械滥用测试结果的结果也不是一直确定的。这种情况下,分析系统级测试结果对特定设计参数的敏感性是非常有用的。从这些试验中获得的参数的区间作为数学模型的输入,并可用于建立安全图,显示由每个参数导出的故障概率的相互作用(如图2)。图2. 通过数学模型构建的通用“安全图”2. 智能电池管理系统(BMS)BMS-iPROUD的概念示意图如图3所示,iPROUD的作用不仅接收来自BMS的信息,还通过双向通信通道接收来自负载和电网的信息。iPROUD设备的目标是调节电池从电网接收和存储能量的速率,以及电池支持负载的速率。BMS具有每个电池的内部状态(如电压、温度、阻抗等)的传感器,监视和管理电池中的每个电池,并将这些数据输入到iPROUD中。它使用这些数据将每个电池的内部状态与电池的功能性能联系起来,并将数据与从负载接收的信息相结合,决定电池可提供的电力支持水平。它对电网与电池的相互作用做出类似的决定。如果BMS检测到电池中任何一个电池的内部状态异常,那么iPROUD将不允许给异常电池模块充电,直到电池状态恢复正常。图3. 与BMS协同工作的iPROUD原理图如图4所示为快速充电的例子,利用电池内部温度来决定充电的过程。电池快速充电不仅方便了电动汽车,而且在电网应用中也是必不可少的。它也是一个操作参数,可以增加电池内部温度,潜在地加速电池老化,推动它进入TR和排气。试图使用表面温度作为参数来保护电池不排气可能会产生误导,因此是有害的。图4中的数据是由电池中的一个电池单元(5.3 Ah),开始以接近2 C的速率充电。这个例子中的电池通常以0.7 C的速率充电,完全放电后大约需要120 min才能充满。当温度提高到35℃以上时,iPROUD将电流转换为零,使电池内部冷却,并在其他时间将充电速率限制在0.7 C和0.5 C,电池完全充电的总时间是95 min。相反,如果选择电池表面温度作为参数,并将其限制设置为35℃以切断电流,则温度会增加到一个更高的值,会加速电池老化,导致电池热失控。iPROUD将温度和电池电压作为控制参数,通过电池的电解质和电荷转移电阻以及库仑容量以改善电池管理,从而获得更高的安全性、长寿命以及能量存储和动力传输效率。图4. 通过限制电池内部温度并将其作为充电过程中的控制参数之一,可减少25%的充电时间。在所示例中,5.3 Ah电池的充电速度比推荐的速度更快,同时限制温度小于35℃,电池电压在4.2 V。【结论展望】总而言之,锂离子电池是目前最有效的能量存储和动力传输电化学系统,它们也是最难管理的系统,尤其是从热安全的角度来看。市场需求推动着锂离子电池和电池制造以不断增长的速度发展,越来越多的设备因电池故障而经历更大的火灾。为了防止火灾,锂离子电池依赖于BMS,但大多数锂离子电池的BMS设计都是仿照过去使用的NiCd电池、NiMH电池、铅酸电池和其他水系电池设计,在这些电池中由于通风、易燃的电解液而没有风险。然而,锂离子电池中发生火灾的机制是完全不同的,因此适用于水系电池的BMS设计不适用于预测锂离子电池内部的变化。针对锂离子特定和以安全为中心的BMS设计所需的先进技术已经可用,工业和使用者都需要认识到这些事实,并采用当今的传感器技术和积累的科学知识来安全地管理现代电化学系统。Rengaswamy Srinivasan∗, Plamen A. Demirev, Bliss G. Carkhuff, Shriram Santhanagopalan, Judith A. Jeevarajan, and Thomas P. Barrera, Review-Thermal Safety Management in Li-Ion Batteries: Current Issues and Perspectives, Journal of The Electrochemical Society, 2020, DOI:10.1149/1945-7111/abc0a5

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星盈科技磷酸铁锂单体电芯获中国船级社认证

电动船舶锂电池市场迎来一名新选手。近日,江西星盈科技有限公司(以下简称“星盈科技”)SLA45173184-150AH磷酸铁锂单体电芯获得中国船级社(CCS)颁发的型式认可证书,标志着星盈科技拿到了进军电动船舶市场的通行证。中国船级社颁发的型式认可证书,是对安装在船舶上的船用设备的一种认证形式。目前,已有宁德时代、亿纬锂能、国轩高科和鹏辉能源四家电池企业获得了CCS型式认可证书。此次星盈科技的磷酸铁锂电芯获得了CCS的型式认可证书,为其开拓电动船舶市场提供了有利条件,成为电动船舶电池细分市场的强有力竞争者。星盈科技成立于2016年,是国家级高新技术企业,目前具备2.5GWh的生产能力,当前量产的磷酸铁锂电芯单体比能量超过170wh/kg,NMC523体系的三元电芯单体比能量达235wh/kg。与此同时,星盈科技也在积极研发NCM811+硅碳体系的高比能产品,单体比能量将达到270wh/kg,590模组系统达259wh/kg,配套乘用车最高续航可达750km。在新能源汽车领域,星盈科技已经为云马汽车、湖北五环、中国一拖集团、唐山亚特、郑州宏达、北京北重、程力汽车、河南凯达、湖北宏宇、江苏悦达、东风汽车等多家主机厂配套了多款新能源专用车,动力电池装机量持续增长。在储能领域,星盈科技在国内也中标了多个大型电网侧储能项目,其家庭储能系统产品也进入了韩国、南美洲等国际市场。近期,星盈科技两款磷酸铁锂电芯SLA45173184-155Ah 和 SLA3914895-50Ah获得了TUV南德颁发的TUV SUD认证证书。这表明星盈科技的磷酸铁锂电芯符合国际储能电芯安全要求,其进一步打开欧洲、澳洲等国际储能市场奠定了良好的基础。拿下CCS认证之后,电动船舶领域也将成为星盈科技继新能源汽车和储能之后的又一重要应用市场。随着电动船舶产业化的推进,星盈科技也有望凭借其在产品上的竞争实力而受益。

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国内外动力锂电池测试标准比较

电池产品的标准,尤其是安全标准是约束质量的重要依据,也是规范市场秩序和推动技术进步的重要手段。本文作者针对国内外现有的常见标准,进行介绍和归纳分析,并对这些标准体系中存在的问题进行简单的探讨。一、国外动力锂离子电池标准表1列举了国外常用的锂离子电池测试标准。标准颁发机构主要有国际电工委员会 ( IEC) 、国际标准化组织( ISO) 、美国保险商实验室 ( UL) 、美国汽车工程师学会( SAE) 以及欧盟相关机构等。表 1 国外常用的动力锂离子电池标准1 国际标准IEC发布的动力锂离子电池标准主要有IEC 62660-1∶2010《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体 第1部分: 性能测试》和IEC 62660-2∶2010《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体 第2部分: 可靠性和滥用性测试》。联合国运输委员会颁布的UN 38. 3《联合国关于危险货物运输的建议书标准和试验手册》,对锂电池测试的要求是针对电池在运输过程中的安全性。ISO在动力锂离子电池方面制定的标准有ISO 12405-1∶2011《电驱动车辆———锂离子动力电池包及系统测试规程 第1部分: 高功率应用》、ISO 12405-2∶2012《电驱动车辆——锂离子动力电池包及系统测试规程第2部分: 高能量应用》及ISO 12405-3∶2014《电驱动车辆——锂离子动力电池包及系统测试规程 第3部分: 安全性要求》,分别针对高功率型电池、高能量型电池以及安全性能要求,目的是为整车厂提供可选择的测试项和测试方法。2 美国标准UL 2580∶2011《电动汽车用电池》主要评估电池的滥用可靠性以及在滥用产生危害时对人员的保护能力,该标准于2013年进行修订。SAE在汽车领域拥有庞大、完善的标准体系。2009年颁布的SAE J2464: 2009《电动和混合动力电动汽车可再充能量储存系统的安全和滥用性测试》是很早一批应用于北美和全球地区的车用电池滥用测试手册,明确指出了每个测试项的适用范围及需要采集的数据,也针对测试项目所需样品数量给出建议。2011年颁布的SAE J2929: 2011《电动和混合动力电池系统安全标准》是SAE在总结之前颁布的各种动力电池相关标准上提出的安全性标准,包括两部分: 电动车在行驶过程中可能出现的常规情况测试和异常情况测试。SAE J2380: 2013《电动车电池的振动测试》是电动车电池的振动测试较经典的标准,以实际车辆道路行驶的振动载荷谱采集统计结果为基础依据,测试方法更加符合实际车辆的振动情况,具有重要的参考价值。3 其他组织标准美国能源部( DOE) 主要负责能源政策制定、能源行业管理及能源相关技术研发等。2002年美国政府成立了“自由车”( Freedom CAR) 项目,先后颁发了Freedom CAR功率辅助型混合电动车电池测试手册与电动和混合动力汽车用储能系统滥用性测试手册。德国汽车工业协会( VDA) 是德国为统一国内汽车工业的各种标准而组成的协会,颁布的标准有VDA 2007《混合动力汽车用电池系统测试》,主要是针对混合动力汽车的锂离子电池系统的性能及可靠性测试。欧洲经济委员会( ECE) R100. 2《关于就电动车辆特殊要求方面批准车辆的统一规定》是ECE针对电动车制定的具体要求,整体分为两部分: 第一部分对整车在电机防护、可再充电储能系统、功能安全和氢气排放等4个方面进行了规范,第二部分为新增的对可再充电储能系统的安全可靠性作出的具体要求。二、国内动力锂离子电池标准2001年,汽车标准化委员会颁布了我国第一个电动汽车的锂离子电池测试指导性技术文件GB/Z 18333. 1: 2011《电动道路车辆用锂离子蓄电池》。该标准制定时参考了IEC 61960-2∶2000《便携式锂电池和蓄电池组 第2部分: 锂电池组》,用于便携式设备的锂离子电池及电池组,测试内容包括性能和安全,但只适用于21.6V和14.4V的电 池。2006年,工业和信息化部颁发了QC/T 743《电动汽车用锂离子动力蓄电池》,被行业内广泛使用,并于2012年进行了修订。GB/Z 18333. 1: 2001 和 QC/T 743: 2006 都是针对单体和模块级别的标准,应用范围较窄,且测试内容已不适应快速发展的电动汽车行业的需求。2015年,国家标准化管理委员会颁布了一系列标准,GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》、GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》、GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》及 GB/T 31467. 1-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第1部分 高功率应用测试规程、GB/T 31467. 2-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第2部分 高能量应用测试规程、GB/T 31467. 3《电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程 第3部分 安全性要求与测试方法。GB/T 31485-2015及GB/T 31486-2015分别是针对单体/模块的安全及电性能测试,GB/T 31467-2015系列参照了ISO 12405系列,适用于电池包或电池系统的测试,而GB/T 31484-2015是专门针对循环寿命的测试标准,对于单体和模块采用标准循环寿命,对于电池包和系统采用工况循环寿命。2016年,工信部发布了《电动客车安全技术条件》,从人员触电、水尘防护、火灾防护、充电安全、碰撞安全、远程监控等方面综合考虑,充分借鉴了现有的传统客车、电动汽车相关标准和上海、北京等地方标准,对动力电池提出更高的技术要求,增加了热失控和热失控扩展两个测试项,已于2017年1月1日正式实施。表 2 国内常用的动力锂离子电池标准三、国内外动力锂离子电池标准分析国内外动力锂离子电池标准分析国际上的大部分标准是在2010年前后颁布的,重新修订次数较多,且陆续有新的标准出台。GB/Z 18333. 1: 2001是在2001年颁发的,由此可见,我国的电动汽车锂离子电池标准在世界上起步并不算晚,但发展相对缓慢。自2006年QC/T 743标准发布后,我国有很长一段时间里没有标准更新,且在2015年新国标发布之前,没有关于电池包或系统的标准。上述国内外标准在适用范围、测试项内容、测试项严格程度及判定准则方面,都有所差别。1 适用范围IEC 62660 系列、QC/T 743、GB/T 31486和GB/T 31485是针对电池单体和模块级别的测试,UL2580、SAE J2929、 ISO12405和GB/T 31467 系列则适用于电池组和电池系统的测试。国外除了IEC 62660,其他的标准基本都涉及电池组或系统级别的测试,SAE J2929及ECE R100. 2甚至提到了整车级别的测试。这说明国外的标准制定更多地考虑到了电池在整车上的应用,更符合实际应用的需求。2 测试项内容所有的测试项从整体上来说,可分为电性能和安全可靠性两大类,而安全可靠性又可分为机械可靠性、环境可靠性、滥用可靠性和电气可靠性。机械可靠性,模拟了车辆在行驶过程中受到的机械应力,如振动模拟了车辆在路面上的颠簸; 环境可靠性,模拟了车辆在不同气候中的耐受力,如温度循环模拟了车辆在昼夜温差大或者在寒冷和炎热地区来回行驶时的情况; 滥用可靠性,如火烧,考察电池在遭受到不正当使用时的安全性; 电气可靠性,如保护类测试项,主要是考察电池管理系统( BMS) 在关键时候能否起到保护作用。在电池单体方面,IEC 62660分为两个独立的标准IEC 62660-1和IEC 62660-2,分别对应性能和可靠性测试。GB/T 31485和GB/T 31486是由QC/T 743演化而来,GB/T 31486中将耐振动归属为性能测试,因为该测试项是考察电池振动对电池性能的影响。相比于IEC 62660-2,GB/T 31485的测试项目更严苛,如增加了针刺和海水浸泡等。在电池包和电池系统的测试方面,不论是电性能还是可靠性,美国标准涵盖的测试项最多。在性能测试方面,DOE/ ID-11069比其他标准多出的测试项有混合脉冲功率特性( HPPC) 、运行设置点稳定性、日历寿命、参考性能、阻抗谱、模块控制检验测试、热管理载荷及结合寿命验证的系统水平测试等。在标准的附录中详细介绍了电性能测试结果的分析方法,其中,HPPC 测试可用于检测动力电池的峰值功率,由此衍生的直流内阻测试方法,已广泛用于电池的内阻特性研究。在可靠性方面,UL2580比其他标准多出的测试项有: 非平衡电池组充电、耐压、绝缘、连续性试验及冷却/加热稳定系统故障试验等,还包含了生产线上针对电池组零部件的基本安全测试,在 BMS、冷却系统及保护线路设计方面,加强了安全性审查要求。SAE J2929提出要对电池系统的各个部分进行故障分析,并保存相关的文档材料,包括易识别故障的改进措施。ISO 12405系列标准同时包含电池的性能和安全两方面,ISO 12405-1是针对高功率应用的电池性能测试标准,ISO 12405-2是针对高能量应用的电池性能测试标准,前者多了冷启动和热启动两项内容。GB/T 31467系列结合了我国动力电池发展状况,根据ISO 12405系列标准的内容修改而得。与其他标准不同的是: SAE J 2929与 ECE R100. 2都涉及高压防护的要求,属于电动汽车安全范畴。我国的相关测试项在GB/T 18384中,GB/T 31467. 3中指出电池包和电池系统在进行安全测试之前要满足GB/T 18384. 1和GB/T 18384. 3的相关要求。3 严格程度对于相同的测试项,不同标准中规定的测试方法和判定准则也不尽相同。例如对于测试样品的荷电状态( SOC) ,GB/T 31467. 3中要求样品为满电态; ISO 12405中要求功率型电池SOC为50% ,能量型电池SOC为100% ; ECE R100. 2要求电池的SOC在50%以上; UN38. 3对于不同的测试项有不同的要求,某些测试项还需要循环过的电池。另外,还要求高度模拟、热试验、振动、冲击和外短路必须用同一个样品进行测试,相对更严格。对于振动测试,ISO 12405要求样品在不同的环境温度下振动,建议的高温和低温温度分别为75℃和-40℃,其他的标准没有此项要求。对于火烧试验, GB/T 31467. 3中的实验方法和参数设置与 ISO 12405. 3相差不大,都是采用点燃燃料的方式进行预热、直接火烧和间接火烧,但 GB/T 31467. 3要求样品若有火苗必须在2 min内熄灭,ISO 12405则没有要求火苗熄灭的时间,SAE J2929中的火烧试验与前两者不同,它要求将样品放置于热辐射容器中,90s内迅速升温至890℃ 并保持10 min,并且不得有任何组件或物质穿过置于测试样品外部的金属网罩。四、现有国内标准的不足虽然相关国标的制定和发布填补了我国在动力锂离子电池组合系统方面的空白,并被广泛采用,但仍有不足。测试对象方面: 所有的标准都只规定了新电池的测试,对使用过的电池没有相关规定和要求,电池在出厂时没有问题,不代表使用一段时间后仍然安全,因此有必要对使用不同时间的电池进行同样的测试,相当于定期体检。结果判定方面: 目前的判定依据较宽泛和单一,只有无泄露、无外壳破裂、不起火和不爆炸的规定,缺少可量化的评判体系。欧洲汽车研究与技术发展委员会( EUCAR) 将电池的危害程度划分成8个等级,具有一定的借鉴意义。测试项方面: GB/T31467. 3缺少电池包和电池系统在热管理和热失控方面的测试内容,而热安全性能对电池至关重要,如何控制单体电池的热失控,使热失控的情况不蔓延,具有重要意义,《电动客车安全技术条件》的强制实施也说明了这一点。另外,从整车应用层面来说,对于非破坏性的可靠性测试,如环境可靠性,在试验结束之后有必要增加电性能测试,模拟车辆在经历了环境变化后,性能受到的影响。测试方法方面: 电池包和电池系统的循环寿命测试耗时太长,影响产品开发周期,难以很好地执行,如何开发合理的加速循环寿命测试是个难点。五、总结近年来,我国在动力锂离子电池的标准制定和应用方面已取得了很大的进步,但与国外的标准还存在一定的差距。除了检测标准以外,我国锂离子电池在其他方面的标准体系也在逐渐完善。2016年11月9日,工信部在发布了《锂离子电池综合标准化技术体系》,指出未来的标准体系包括基础通用、材料与部件、设计与制造过程、制造与检测设备、电池产品等5大部分,其中,安全标准关系重大,随着动力电池产品的更新和发展,测试标准也需要提升相应的检测技术,进而增强动力电池的安全性水平。

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全国锂电池智能制造装备标准化工作组成立

近日,全国自动化系统与集成标准化技术委员会批复了《关于设立“全国锂电池智能制造装备标准化工作组”的申请报告》,同意成立“全国自动化系统与集成标准化技术委员会锂电池智能制造装备标准化工作组”,编号为SAC/TC159/WG18。工作组由29名委员组成,工作组组长由中国科学院物理研究所陈立泉院士担任,工作组副组长由欣旺达副总裁梁锐、深圳吉阳智能科技有限公司董事长阳如坤、宁德时代董事长助理孟祥峰及中国电子科技集团公司第十八研究所总工肖成伟担任。工作组负责的范围包括锂电池生产设备、监测设备、辅助设备、制造系统集成等。工作组的主要任务是研究和落实锂电池智能制造装备标准体系,负责锂电池智能制造及系统集成方面的国家标准和行业标准的制修订,积极开展锂电池智能制造装备标准化宣贯工作,推动锂电池智能制造装备领域国家标准、行业标准的实施,同时积极参与相关领域的国际标准化活动,组织锂电池智能制造装备标准化工作组技术研讨,借鉴国外先进技术、前沿技术,构建出符合锂电池智能制造行业现状及发展方向的标准体系。欣旺达有关负责人表示,此次荣任工作组副组长单位,是国家标委会对欣旺达在锂电行业影响力及突出成就的肯定,也是国家标委会对欣旺达引领锂电制造走标准化及智能化道路的重托和期望。

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中国铁塔与中国电信将联合采购备电用磷酸铁锂电池

中国铁塔与中国电信将联合组织备电用磷酸铁锂电池采购工作,目前正邀请投标人参与电池产品入网检测,要求送样型号为48V/100Ah,检测分为系统、BMS和平台接入三部分。据近日中国铁塔和中国电信分别发布的备用磷酸铁锂电池常态化测试公告,要求送检供应商应为磷酸铁锂电池组产品的生产制造商,同时具备磷酸铁锂电芯自主生产能力,送样型号为磷酸铁锂电池组(集成式)备电48V/100Ah,《磷酸铁锂电池检测实施细则》要求送样5组电池组、1个BMS和9个单体电池,备电用磷酸铁锂电池的检测分为系统、BMS和平台接入三部分,在安全性能方面要求电池在抗过充电、深度放电、抗冲击、抗高温、抗短路等条件下应不起火、不爆炸,详细要求见附件。据资料显示,三大国有通信运营商为中国铁塔股东,其中中国移动直接持有其约27.93%股份,中国联通直接持有其约20.65%股份,中国电信直接持有其股本约20.50%股份。10月19日,中国铁塔公告表示分别与各通信运营商集团公司订立物业租赁框架协议(2021-2023)和服务供应框架协议(2021-2023)及与中国移动集团公司订立站址资源服务框架协议(2021-2023),协议将于2021年1月1日起生效,至2023年12月31日止,期限三年。10月20日,中国铁塔发布了三季报,2020年前三季度中国铁塔实现营业收入602.20亿元,同比增长5.6%,其中跨行业及能源经营业务收入实现26.12亿元,同比增长92.8%,保持高速增长态势;归属于公司股东的利润45.64亿元,同比增长17.8%。中国铁塔前三季度共建成5G站址34.5万个,97%以上是通过共享已有站址资源完成。有分析认为随着铁塔公司与三大运营商的5G基站起租率提升,5G带来的塔类业务收入有望加速增长。在5G基站建设大趋势之下,备电磷酸铁锂电池采购已然成为铁塔运营商的一笔金额不少的支出。中国移动在2020年以最高限价超25亿元采购约1.95GWh通信用磷酸铁锂电池产品,最终八家企业中标,分别为:中天科技、海四达、双登集团、亿纬锂能、南都电源、雄韬电源、光宇电源、力朗电池,投标价格最低约0.661元/Wh,中标总价13.68亿元。中国铁塔2020年也曾发布了2.0GWh备电用磷酸铁锂电池集采招标,最终双登集团、南都电源、鹏辉能源、中天科技、圣阳电源五家企业中标。中国铁塔与中国电信备电用磷酸铁锂电池产品第一批常态化测试公告中国铁塔与中国电信将联合组织备电用磷酸铁锂电池的采购工作,为了提升采购效率,保障产品采购质量,中国铁塔与中国电信将联合启动备电用磷酸铁锂电池产品的第一批常态化测试工作。现向有意向参加后续项目投标的潜在投标人发出参加产品入网检测的邀请。具体事宜如下:一、 参加产品入网检测供应商要求(1) 本次送检供应商应为磷酸铁锂电池组产品的生产制造商,同时具备磷酸铁锂电芯自主生产能力。(2) 本次参加产品入网检测供应商名称须与后续招标项目中投标人的名称一致。(3) 前期通过“中国铁塔股份有限公司2020年备电用磷酸铁锂蓄电池组产品集约化电商采购项目”产品入网检测的供应商可沿用其检测结果,亦可自愿选择重新送检,若重新送检则后续招投标项目将以最新一次检测结果为依据。二、 送样产品要求、检测依据及通过标准本次送样型号为磷酸铁锂电池组(集成式)备电48V/100Ah,具体送样要求、检测依据及通过标准详见附件2《磷酸铁锂电池检测实施细则》。三、 产品入网检测报名截止时间2020年10月23日下午4点(北京时间)。四、 产品入网检测报名方式有意向的供应商将附件1 报名申请表盖章件及营业执照盖章件发送至项目联系人邮箱。五、 产品入网检测公告发布媒介本次产品入网检测公告将在中国招标投标公共服务平台、工业和信息化部通信工程建设项目招标投标管理信息平台、中国铁塔在线商务平台、中国电信阳光采购网、比德电子采购平台上发布,其他媒介转载无效。六、 项目联系人尹一杰 16601181377 yinyijie.zgtj@chinaccs.cn七、 其他本次产品入网检测结果将作为后续中国铁塔与中国电信联合招标采购项目的资格条件之一,涉及具体招标采购项目的其他资格条件,采购人将在后续的招标公告中发布。若供应商需通过具体招标项目所有必要条件(资格条件)判断是否参加产品入网检测的,可待具体项目招标公告发布后再申请参加产品入网检测。采购人:中国铁塔股份有限公司、中国电信集团有限公司、中国电信股份有限公司代理机构:中国通信建设集团有限公司附件2:磷酸铁锂电池检测实施细则

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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磷酸铁锂电池与三元动力锂离子电池性能对比分析

目前国内的主流动力电池,根据正极材料的不同,分为磷酸铁锂电池和三元电池两种。正是由于正极材料的不同,造成了这两种电池在性能上存在较大的差别。磷酸铁锂材料结构稳定,热稳定性好,其循环性能和安全性优于三元材料;三元材料能量密度高,但由于充放电过程中材料结构不稳定,易发生相转变,因此其循环性能比磷酸铁锂差;三元材料的热稳定性较差,因此三元电池安全隐患高于磷酸铁锂,国内外关于电动汽车燃烧、爆炸的事故报道中,三元电池所引发的安全事故量显著高于磷酸铁锂电池。一、实验过程本文根据GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》和GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》的相关测试规程,对75Ah磷酸铁锂和三元NCM622电池的单体循环寿命、室温放电容量,以及模块(5支单体串联)的室温放电容量、室温倍率性能进行了测试。电池单体和模块照片如图1所示。磷酸铁锂电池单体质量1.81kg,模块质量9.05kg;三元电池单体质量1.34kg,模块质量6.70kg。图1 商业化磷酸铁锂电池(a)单体和(b)模块;商业化三元电池(a)单体和(b)模块1.1 电池单体性能测试磷酸铁锂电池单体充电电压上限为3.8V,放电终止电压为2V;磷酸铁锂电池模块充电电压上限为19V。三元电池单体充电电压上限为4.2V,放电终止电压为3.0V;三元电池模块充电电压上限为21.5V。1.1.1 单体循环寿命测试a)以1I1(I1=75A)放电至终止电压;b)搁置30分钟;c)以1I1电流恒流充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电;d)搁置30分钟;e)以1I1放电至放电终止条件,记录放电容量;f)按照b)~e)连续循环500次。1.1.2 单体室温放电容量测试a)1I1电流恒流充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,搁置1h;b)室温下,蓄电池以1I1电流放电,直到放电至终止电压;c)计量放电容量,记录放电比能量;d)重复步骤a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%,可提前结束试验,取最后3次试验结果平均值。1.2 电池模块性能测试1.2.1 模块室温放电容量测试a)电池模块(5支单体串联)以1I1充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,若充电过程中有单体电池电压超过终止电压0.1V时停止充电,充电后搁置1h;b)室温下,蓄电池以1I1电流放电,直至任意一个单体电压达到放电终止电压;c)计量放电容量和放电比能量;d)重复步骤a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%,可提前结束试验,取最后3次试验结果平均值。1.2.2 模块室温倍率放电性能测试a)电池模块以1I1充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,若充电过程中有单体电池电压超过终止电压0.1V时停止充电,充电后搁置1h;b)室温下,蓄电池模块以3I1电流放电,直至任意一个单体电压达到放电终止电压;c)计量放电容量。二、结果与讨论商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的循环寿命测试结果如图2所示。磷酸铁锂电池的首周放电容量为77.80Ah(质量比容量42.98Ah/kg),500周循环后放电容量为72.01Ah(质量比容量39.78Ah/kg),容量保持率为92.56%。三元电池的首周放电容量为77.82Ah(质量比容量58.07Ah/kg),500周循环后放电容量为70.69Ah(质量比容量52.75Ah/kg),容量保持率为90.84%。图2 商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的循环寿命测试结果由此可见,磷酸铁锂电池的循环稳定性高于三元电池,而三元电池在比容量方面更有优势,而其额定电压也高于磷酸铁锂。因而可以预见,三元电池的能量密度高于磷酸铁锂电池,后续的放电容量测试将对此进行具体的验证。商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的放电容量测试所得放电容量曲线如图3所示。磷酸铁锂电池3次循环的放电容量分别为78.56、78.73和78.79Ah(比容量分别为43.40、43.50、43.53Ah/kg),根据标准规定,取其平均值78.69Ah(比容量43.48Ah/kg)作为放电容量。三元电池3次循环的放电容量分别为76.98、77.78和77.89Ah(比容量分别为57.38、58.04、58.13Ah/kg),取其平均值77.55Ah(比容量57.87Ah/kg)作为放电容量。图3 商业化磷酸铁锂电池和三元电池单体的放电曲线图3(a)和图3(b)所示分别为磷酸铁锂和三元电池的3次放电容量曲线,磷酸铁锂电池在3.25~3.15V间有平缓的放电电压平台,而三元电池的放电平台4.05~3.35V,电压平台较宽。记录磷酸铁锂的3次放电能量分别为248.90Wh(比能量137.51Wh/kg)、248.15Wh(比能量137.10Wh/kg)、247.31Wh(比能量136.64Wh/kg),平均比能量为137.08Wh/kg;而三元电池的三次放电能量分别为278.78Wh(比能量208.04Wh/kg)、282.36Wh(比能量210.72Wh/kg)、282.88Wh(比能量211.10Wh/kg),平均比能量为209.95Wh/kg。由此可见,由于三元电池的比容量和电压平台均高与磷酸铁锂电池,因而商业化三元电池的比能量高于磷酸铁锂电池。对商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块(均为5支单体串联)的放电容量测试,所得放电容量曲线如图4所示。磷酸铁锂电池模块3次循环的放电容量分别为76.91Ah、77.72Ah和77.88Ah,根据标准规定,取其平均值77.47Ah作为放电容量;而三元电池模块3次循环的放电容量分别为80.80Ah、80.97Ah和81.02Ah,取其平均值80.93Ah作为所测放电容量。图4 商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块的放电曲线图4(a)和图4(b)所示分别为磷酸铁锂和三元电池模块的3次放电容量曲线,磷酸铁锂电池模块在约16.25~15.50V间有平缓的放电电压平台,而三元电池模块的放电平台范围较宽,约在20.75~17V间,这与单体的放电曲线相对应的。记录磷酸铁锂的3次放电能量分别为1220.53Wh(比能量134.86Wh/kg)、1235.08Wh(比能量136.47Wh/kg)、1236.24Wh(比能量136.60Wh/kg),平均比能量为135.97Wh/kg;而三元电池的三次放电能量分别为1477.82Wh(比能量220.57Wh/kg)、1481.72Wh(比能量221.15Wh/kg)、1482.85Wh(比能量221.32Wh/kg),平均比能量为221.01Wh/kg。电池模块测试的比能量与单体测试结果相近。商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块的倍率放电曲线如图5所示,为充满电的电池模块在3C倍率(225A)下放电的曲线。磷酸铁锂电池模块的放电容量为76.19Ah,为初始容量(模块放电容量测试结果)的98.3%;三元电池的放电容量为80.14Ah,是初始容量的99.2%,这说明商业化磷酸铁锂和三元电池在3C高倍率下的放电能力与1C倍率(1I1电流)下无显著差别。图5 商业化磷酸铁锂电池和三元电池模块的倍率放电曲线磷酸铁锂电池模块的放电电压平台约为15.75~15V,三元电池模块的放电电压平台约为19.5V~16.5V,对比1C倍率下的放电曲线发现,3C倍率下的放电电压平台有所下降,这是因为在高倍率下极化现象加剧的原因所造成的。三、结论商业化动力磷酸铁锂电池的循环稳定性优于三元电池,其耐久性更为优异。商业化三元电池放电电压平台高,比容量高,三元电池单体和模块的能量密度超过200Wh/kg,高于磷酸铁锂电池(约136Wh/kg),因而可以为电动汽车提供较长的续航里程。磷酸铁锂电池和三元电池高倍率下都有较为优异的放电能力。电动汽车生产商基本是根据汽车的指标参数进行电池体系选型;而对于电动汽车买家而言,首先应了解电动汽车所用电池的体系是磷酸铁锂电池还是三元电池,从而根据按自己的实际需求进行车型选择。

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中美科学家研有机聚合物制高性能电极 或实现低成本钠离子电池

下一代电池中的锂离子可能会被更丰富、更环保的碱金属或多价离子所取代。不过,最主要的挑战是要研发稳定的电极,能够将高能量密度和快速的充放电速率相结合。最近,中国和美国的科学家就研发了一种由有机聚合物制成的高性能电极,可用于低成本、环保且耐用的钠离子电池。目前,锂离子电池是最先进的技术,可用于便携式设备、储能系统和电动汽车,而且锂离子电池技术在今年荣获诺贝尔奖。不过,下一代电池有望使用更便宜、更安全、更环保的材料,实现更高的能量密度和容量。目前,研发得最多的电池种类都基本采用了与锂电池相同的充放电技术,不过通常锂离子都被钠、镁和铝等廉价的金属离子所取代。然而,这种替代也使得需要对电极材料做出重大调整。有机化合物是很好的电极材料,首先,不含有害和昂贵的重金属;其次,可以用于不同的用途。不过,缺点是会溶解在液体电解质中,导致电极不稳定。美国马里兰大学(niversity of Maryland)的Chunsheng Wang及其团队与国际科学团队合作,推出了一种有机聚合物,能够成为高容量、快速放电且不易溶解的电池阴极材料。根据该项研究,在钠离子电池中,该种聚合物在容量传递和容量保留方面优于目前的聚合物和无机阴极,而在多价镁离子和铝离子电池中,此种表现也没有落后太多。科学家们发现六氮杂三萘(HATN)是一种非常合适的阴极材料,而且已经在锂电池和超级电容器中对此种化合物进行了测试,证明其能够成为一种高能量密度的阴极,快速插入锂离子中。但是,与大多数有机材料一样,HATN会在电解液中溶解,导致在充放电循环过程中,阴极不稳定。科学家们解释说,现在的关键是通过让单个分子之间联系,稳定材料的结构,结果得到了一种称为聚合HATN或PHATN的有机聚合物,能够让钠、铝和镁离子具备快速的反应动力和高容量。在组装好电池后,科学家们采用高浓度电解液测试了PHATN阴极,并发现非锂离子具有优异的电化学性能。该钠电池可以在高达3.5V的高压下工作,即使经过5万次循环,其容量仍可维持在每克100毫安时以上。研究人员认为此类聚合对二氮杂苯阴极(对二氮杂苯是一种基于HATN的有机物,是一种芳香烃类富氮有机物质,含有果味),可实现环保、高能量密度、充放电快速且超稳定的下一代可充电电池。

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中科院物理所在聚合物固态钠电池研究中取得进展

固态电池是发展下一代高安全、高能量密度电池的关键技术。在发展固态电池的技术路线中,聚合物电解质由于具有良好的柔韧性,有利于在电极与电解质之间形成良好的界面接触,能够承受电极材料在充放电过程中的体积形变,且质量轻、易于加工,适合大规模生产,受到学术界研究人员的广泛关注。聚合物固体电解质(SPE)传统制备工艺流程通常是溶液溶解浇筑-自然风干成膜-真空高温烘干去溶剂。然而由于真空高温烘干为单纯物理方法很难将SPE膜中残余的溶剂分子100%去除(图1a),残留的液体会导致电池在随后的循环过程中发生溶剂分子分解以及在界面处与电极发生副反应,从而导致界面阻抗增大、极化增大、循环寿命和库伦效率低等一系列问题。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源实验室E01组博士刘丽露和戚兴国,在研究员胡勇胜和副研究员索鎏敏的指导下,提出一种通过化学反应原位去除SPE中残余自由溶剂分子的方法。该方法关键在于通过调控选取合适溶剂、盐以及添加剂组合,在溶剂去除过程中巧妙设计盐-溶剂分子-添加剂两步化学反应过程,实现将残留的溶剂最终转化为一种稳定添加剂表面包覆层(图1b),进而达到彻底去除残余溶剂的目的。采用去离子水和NaFSI分别作为溶剂和盐,聚合物选择可溶于水的PEO。NaFSI结构上的S-F键不稳定,遇水会发生微弱的水解产生HF,进一步添加纳米Al2O3颗粒将中间产物转化为AlF3·xH2O(图1,图2)。采用该工艺制备的SPE有效地降低了固态电池界面副反应,极大地提升了电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。采用磷酸钒钠(NVP)和金属钠(Na)分别作为正极和负极组装固态电池NVP|SPE|Na,NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na固态电池首周可逆比容量为110mAh/g,库伦效率为93.8%,达到了采用液体电解质时的水平。NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na固态电池在1C倍率下循环2000周的过程中,库伦效率始终保持在~100%,循环2000周以后容量保持率为92.8%,平均每周容量衰减率仅为0.0036%。对金属钠的对称电池在100 μA/cm2的电流密度下可稳定循环800h(图3b)。电池循环过程中电化学阻抗谱也保持相对稳定。采用该研究工作中所设计的SPE组装的固态钠电池的循环稳定性是目前所报道的循环稳定性最好的聚合物固态钠电池(图3)。该工作利用盐的吸水性和盐本身的性质,实现了原位化学反应去除SPE中残余溶剂(水)分子,并且SPE的整个制备过程在空气中进行,无需湿度控制或气氛保护。同时,水作为溶剂实现了绿色、无污染、低成本的SPE制备过程。该工作对于发展固态锂/钠电池中原位反应控制界面、人为调控界面具有重要的借鉴意义。该研究结果近日发表在ACS Energy Letters上(ACS Energy Letters,2019,4, 1650-1657),文章题为In Situ Formation of a Stable Interface in Solid-State Batteries。相关工作得到国家重点研发计划(2016YFB0901500)和国家自然科学基金(51725206, 51421002和51822211)的支持。图1.(a-b)SPE制备过程示意图:a)传统过程;b)所设计的过程;(c)NaFSI和NaTFSI的化学结构图2. (a) FSI-1%Al2O3-AQ、FSI-1%Al2O3-AN和TFSI-1%Al2O3-AQ电解质膜的XPS图谱;(b) Al2O3分别在NaFSI水溶液、NaFSI乙腈溶液和NaTFSI水溶液中反应后的红外光谱;(c) Al2O3分别在NaFSI水溶液、NaFSI乙腈溶液和NaTFSI水溶液中反应离心后的照片和TEM图;(d-e) Al2O3在NaFSI水溶液中反应离心后的高分辨TEM图(d)和XPS图谱(e)图3.(a)NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na的长循环性能及其循环过程中的阻抗变化;(b)Na|FSI-Al2O3-AQ|Na的循环性能及其循环过程中的阻抗变化;(c)聚合物固态钠电池的平均容量衰减率总结

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研究表明消除电池材料的氢气可以提高电池性能

据外媒报道,研究钠离子电池的加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的科学家发现,存在于电池材料的氢气是导致电池降解和性能损失等许多缺陷的原因。而如果在生产过程中将氢气从电池材料中排出,可使钠离子电池达到与锂离子电池相竞争的性能水平。根据基于钠离子电池技术研究,采取措施避免在生产过程中向电池材料中添加氢气可以改善其长期性能。随着锂离子电池的生产呈现指数级持续增长,电池材料(包括锂本身)供应短缺等潜在问题变得更加突出。虽然回收电池可能会减轻影响,但使用储量更丰富的材料生产电池将会带来成本下降,也更环保。用钠取代锂是电池研究领域希望实现的目标之一。但暂时没有将这种电池技术实现商业化,这是因为钠离子电池往往会比锂离子电池更快地降解,并失去其容量。由于电池质降解和性能损失也是锂离子电池面临的的一个问题,因此采用降解速度更快的钠离子电池难以得到广泛应用。加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的科学家在发表在“材料化学”杂志上的一篇论文中指出,钠锰氧化物(一种常见的电池阴极材料)的大部分降解是由材料中存在的氢引起的。他们还认为,类似的机制可能会对锂离子电池性能产生负面影响,但需要更多的研究来证明这一点。加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的研究表明,作为世界中最丰富的元素之一,氢在电池生产的许多阶段进入材料中,氧化锰层中氢的存在减少了锰原子分解和溶解所需的能量。加州大学圣巴巴拉分校材料科学家Chris Van de Walle解释说,“由于氢原子很小且反应活泼,成为了电池材料中常见的污染物,对电池性能产生不利影响,而电池生产厂商可以在制造和封装电池的过程中采取措施抑制氢气的混入,从而提高电池性能。”

作者: 刘伯洵 详情
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新型储能电池为何“钠”么难

不管是新能源汽车,还是太阳能、风能等,在人们利用这些可再生能源的同时,拥有优异性能的可充电电池都会成为关注的焦点话题。与商业化的锂离子电池相比,钠基储能电池具有价格低廉和原料易得的显著优势,因此被期待成为下一代新型储能电池,在可再生能源储存中力挽狂澜,以实现绿色大规模的能量储存与转化。近日,《细胞》子刊《化学》在线刊登了武汉大学化学与分子科学学院教授曹余良研究团队针对高能钠—金属电池的研究进展及发展前景的总结论述。“我们想为未来该领域的研究方向提供一定的思路,同时对于不同钠—金属电池的研究也能促进对其他电池体系的理解及研究。”曹余良说。锂离子电池的“替补队员”空调遥控器突然没电?用到一半的手电筒无法发光?望着手中这些用量迅速耗竭且无法重复利用的锌锰电池,曹余良索性将几节可充电电池装入槽内。作为一类重要的储能方式,可充电电池在日常生活中发挥着难以替代的作用。锂离子电池就是其中之一。“当对电池进行充电时,锂离子从含锂化合物正极脱出,经过电解液迁移到负极。而负极的碳材料呈层状结构,到达负极的锂离子嵌入碳层中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。”曹余良告诉《中国科学报》,锂离子电池的比能量高和适用范围广,不仅在便携性电子设备领域占据巨大的市场并逐渐应用在电动汽车领域,在储能方面也极具“后劲”。但凡事过犹不及,市场需求和成本的快速增长,以及锂资源的不均匀分布,这些也引发了人们对于锂离子电池应用与规模储能领域的担忧。“例如,一辆电动汽车的动力就相当于几万个手机电池的串并联,这些会造成锂和相关材料的用量激增。倘若将其用于储能,会进一步加剧对锂资源的担忧,同时可能更加推高相关材料的价格,增加电力使用环节的负担。”曹余良介绍,在某种程度上发展高效可再生新能源的一个重要环节就是发展储能系统。是否可以发展一种锂离子电池的“替补队员”呢?为此,团队将目光转向了它的“兄弟”——钠。“钠离子电池和锂离子电池的工作原理相似,而且钠在海洋中无处不在,储量是锂的几千倍,更容易廉价获得。”曹余良说。不过,由于钠具有更大的离子半径和更高的氧化还原电势,相比于锂离子电池,钠离子电池一般只有较低的能量密度,合适的正负极材料也仍在探索中,商业化应用并不成熟。正负极材料为何“钠”么难针对钠离子电池能量密度较低的困境,一类低价且高能量的新型钠—金属电池应运而生,当然这离不开各种新型正负极材料的开发和使用。论文作者之一、武汉大学化学与分子科学学院博士王云晓介绍,这些电池体系中,钠金属被直接用作负极,可实现高达1160 mAh g-1的比容量和低至-2.714 V(相对于标准氢电极电势)的氧化还原电势。而丰富的O2、温室气体CO2、SO2以及单质S均可作为正极材料,从而构成各类钠—金属电池。“理论上,这些电池体系分别以气态O2、CO2、SO2或固态S作为正极活性材料;但事实上,正极材料往往需要负载在多孔碳中才可以表现出较高的电化学活性,这些多孔碳基体并不直接参与电化学反应,而是作为电荷转移的介质和活性材料的载体。”王云晓说,正极材料和放电产物的低导电性是首当其冲的难题。“尽管构建高导电性的正极载体可以一定程度上缓解这一问题,但值得注意的是,不同的钠—金属电池可能需要不同的孔尺寸及形貌才能实现较好的电化学性能。”另外,迟缓的反应动力学和较高的过电势也是一大挑战。不过,引入催化剂可能是一种行之有效的提高正极反应活性的方法。此外,降低催化剂尺寸至纳米颗粒、量子点甚至单原子级别可以得到最大化的催化活性中心。王云晓告诉记者,不同的电池体系对应不同的催化需求。例如,在Na-O2体系中,催化剂的选择可能取决于其对于O2/O2-的亲和性以及对电极界面O2-中间体的稳定作用,如贵金属和过渡金属氧化物等;在Na-CO2电池体系中,目前仅报道了一种双金属氧化物具有一定的催化作用,可有效促进稳定放电产物Na2CO3发生可逆电化学反应的催化剂仍在寻找中;在室温Na-S电池中,理想的催化剂应具有良好的亲硫性,这样不仅可以通过化学键合作用实现对多硫化物的固定作用,还可以促进不同硫物种之间转化的动力学过程。“钠负极的钝化限制了电池的放电容量,同时充放电过程中的过电势降低了电池的库伦效率。在这一方面,我们仍需要更多的基础研究来揭示负极反应过程。另外,行之有效的抑制钠枝晶的形成以及保护高反应活性的钠金属电极的方法也仍待探究。”王云晓说,正极和钠负极的电解液相容性的全局考虑也至关重要。目前关于钠金属负极和不同正极之间的研究是相对独立进行的,而全电池的研究相对缺乏。商业化前景尚不明朗除此普遍的正负极材料问题,不同的钠—金属电池各自也存在不同的挑战,这为其商业化应用蒙上了一层阴影。曹余良介绍,对于Na-O2电池,其反应机理尚不明确。为得到更低的过电势和更高的循环寿命,有效实现Na-O2为主要反应产物的方法仍待研究。此外,对于Na-CO2电池的研究也还十分有限,其较低的反应可逆性及较差的循环性仍亟待解决。“未来的研究可能集中在气态CO2正极的设计和高电压电解液的探索上。”基于目前对Na-SO2电池的研究结果,曹余良表示,NaAlCl4·2SO2无机电解质的使用对于实现Na-SO2电池的长循环、稳定性和安全性至关重要。研究可替代不稳定的钠金属的负极材料、反应机制如充放电过程中较大的电压滞后以及充电过程中具体的反应路径、新的有机电解质体系,特别是凝胶和固态电解质的研究对Na-SO2电池的发展都是亟待解决的问题。幸运的是,对于室温钠硫电池,电化学性能已取得突破性进展,然而其作用机制也尚不明确。“硫电极在不同电解液体系中的电化学行为研究十分匮乏,硫在醚类和碳酸酯类电解液中的表现也仍缺乏令人信服的解释。因此,探索反应过程中复杂的反应机理的原位检测技术十分必要。”他说。曹余良认为,尽管钠—金属电池的商业化前景尚不明朗,但其高能量密度及低成本优势在钠离子电池家族中仍表现出较强的竞争力。未来团队将着力开展金属钠负极的保护和优化。对于正极材料,研究将重点放在空气和固态硫电极上,同时发展非燃电解液体系,提升金属钠电池的安全性能。“我们希望能在钠空气和钠硫电池方向取得突破性进展,为新型储能电池的未来市场提供更多有利选择。”曹余良说。相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.05.026《中国科学报》 (2019-07-08 第7版 能源化工)原标题:新型储能电池为何“钠”么难

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为储能电池“加料” 我国科学家研制出新型钒液流电池电极材料

记者从长沙理工大学获悉,该校丁美、贾传坤教授团队,联合重庆大学教授孙立东、中科院北京纳米能源与系统研究所研究员孙其君,及中科院金属研究所等多个科研团队,利用电沉积和氧化还原靶向催化交叉结合技术,共同开发出了一种大规模储能钒液流电池用的普鲁士蓝复合电极材料,可显著提高钒液流电池功率密度和能量效率。这种新型电极材料,有望助推钒液流电池“提质降本”,为其进一步商业化应用提供了新思路。目前,成果进入应用孵化阶段,这一研究成果也于日前发布于全球工程技术与材料类著名期刊《SMALL》上。可再生能源开发和利用的迫切性,众所周知。可再生能源的快速发展,则有赖于高安全、低成本、长寿命的大规模储能新技术。电化学储能,是储能技术的一个重要分支。其中,钒液流电池因具有循环寿命长、安全可靠、功率与容量独立等优点,是目前最有应用前景的大规模储能技术之一。不过,要将这类电池产业化,则“受制”于电池性能和成本。电极材料是决定钒液流电池功率成本和效率的关键材料之一。目前,最常用的电极材料为碳毡或石墨毡,这类电极材料对钒离子的催化活性低,比表面积也低,成为钒液流电池“提质降本”,进入商业化应用的瓶颈。寻找到高活性、低成本的电极材料,是业内专家研究的热点和重点。研究团队历时3年,开发了该种普鲁士蓝复合电极,有效提升了钒离子反应活性,从而显著提高了钒液流电池功率密度和能量效率。“用这个复合电极组装的钒液流电池,功率密度较碳毡电极提升了50%以上。在100毫安每平方厘米的电流密度下,能量效率甚至超过88%。”丁美说。

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钒电池能否挑战锂电池地位?业内专家:前者更适合规模储能环节

锂电池产业已经十分成熟,资本市场也已经孕育了宁德时代(300750,SZ)等优质龙头。新能源电池的路线这么多,这一产业未来是否还会有黑马杀出?钒电池成为被看好的其中一条路线。今日(7月31日),由四川省钒钛钢铁产业协会和中国铁合金在线联合主办的第十届中国钒业发展论坛在成都召开。会上,钒电池技术路线成为业内热议问题。多位业内专家表示,随着风能、太阳能等清洁能源的发展,储能环节将为钒电池带来巨大的需求。相较锂电池,钒电池的安全性、储能容量都有优势。不过,钒电池要完成成熟的商业化进程,还需要解决高成本等制约条件。中国科学院金属研究所研究员严川伟表示,大规模储能环节适合钒电池。图片来源:每经记者 胥帅 摄钒电池需求在规模电力储能在第十届中国钒业发展论坛上,钒资源的发展等成为热议问题。“加快培育世界级钒钛钢铁现代产业集群。”四川省经济和信息化厅党组成员、副厅长翟刚在论坛上表示,四川钒资源储量约占全国总储量的63%,大部分集中在四川攀西地区。其中,攀钢集团钒产业国内第一,目前也是世界排位第一。在四川省“5+1”现代产业体系中,提出加快建设钒钛钢铁稀土等先进材料产业。钒电池,曾经在2018年火过一阵。伴随钒电池概念的兴起,2018年的攀钢钒钛因掌握上游资源被资金热炒。当年9月到10月间,攀钢钒钛(000629,SZ)股价上涨超过了50%。不过钒电池的商业应用迟迟未有突破,炒作幅度自然无法与成熟的锂电池板块相比拟。从规模看,截至2019年底,中国已投运储能项目累计装机规模32.4GW,其中电化学储能的累计装机规模位列第二。这当中,锂离子电池的累计装机规模最大,为1378.3MW,占比80.6%;钒电池为代表的液流电池装机规模仅有20.52MW,占比1.2%。不过钒电池的装机量正在逐步增长,据国际钒技术委员会统计,全球在运行的钒电池项目达到113个,总装机为39.664MW,总容量为209.8MWh。四川星明能源环保科技有限公司副总工程师张忠裕表示,2020年上半年,国内外钒电池生产和应用市场已逐渐活跃。“钒电池现在处于商业化前期,它主要应用于新能源储能环节。”张忠裕告诉《每日经济新闻》记者,储能是钒电池的最大优势,特别适用风力发电、光伏发电的储能环节,“像光伏发电主要在白天作业,晚上没有阳光怎么办?”中国科学院金属研究所研究员严川伟表示,新能源产业链的储能需求,对钒电池这类液流电池来说是刚性需求。“储能必须做到能源安全,要求电池具备稳定性。大规模储能环节,钒电池安全的稳定性就很高。”严川伟对《每日经济新闻》记者表示,根据《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,以10%为配比,2020年光伏发电储能达到6GW,储能金额为300亿元。不只是光伏,电网削峰填谷同样存在巨大的储能需求。商业化突破需降低成本通常来说,钒电池都会被用来与锂电池比,但严川伟认为这样的比较并不科学。严川伟表示,锂电池和钒电池的应用场景不一样,比较优势不一样,缺点也是各不相同。更为关键的是,锂电池已经进入成熟的商业化运作,钒电池距离这一市场水平还有一段路要走。“锂电池的理论和应用很成熟,能量密度很高,这是优势。但钒电池是用于规模电力的用途。”严川伟说,这涉及到不同的产业环节,钒电池适合大容量储能应用,锂电池则涉及小容量。基于不同的应用场景,两种电池展现的技术优势也各不一样。钒电池充放电不涉及固相反应,电解液使用的损耗非常小。基于这一优势,钒电池用于大规模电力储能时,会减少传输阶段的电力损耗。张忠裕说,况且钒电池体量比锂电池大,这决定它很难直接用于新能源汽车。但需要注意的是,钒电池虽然展示了在储能领域的技术优势,可商业化进程为何没有大的突破?“主要还是成本太大。”张忠裕说,他此次在论坛的报告主题就是降低钒电池成本,“10kW/40kWh钒电池储能系统为例,储能系统成本占比最大为钒电解液成本,占总成本的41%,电堆成本达到37%,两者总和达到78%。降低钒电池价格最有效的办法就是降低钒电解液及电堆的生产成本。”严川伟表示,降电堆成本就是要开发低成本材料、提高电流密度,降电解液成本就是要有低成本的钒源、低成本技术路线。张忠裕说,钒电池的材料成本高,“主要是没有大规模商业化,缺乏产业配套的企业。产业成熟,规模经济起来了,单位成本就会降低。”另一方面,张忠裕认为,钒电池产业环节具有较高的门槛,即初始的投资要求较高,“虽然拉长时间周期,整体成本和锂电池差不多。但它的初始投入资金就高出很多。”所以,严川伟也建议企业要进入钒电池领域,需要明确在产业链的定位。严川伟和张忠裕均表示,钒电池解决了经济性问题,那么产业化和商业化的那天就能很快到来。但也有业内人士表示,钒电池是钒需求潜在增长点,但不确定性很大,“有一定前景,仍需要通过示范工程验证”。不过总体来看,钒电池的未来还是被广为看好,钒矿资源也会有需求。

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中国科学家研发出新一代全钒液流电池电堆

中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)11日发布消息称,该所研究员李先锋、张华民领导的科研团队近日成功研发出新一代低成本、高功率全钒液流电池电堆。风能、太阳能等可再生能源固有的随机性、间歇性、波动性、直接并网难等特性,一定程度上限制了可再生能源的发展利用。全钒液流电池是一种高性价比、高能效、长寿命的规模储能技术,其可将不稳定的可再生能源储存,并实现平稳输出利用。经测试,该电堆在30千瓦恒功率运行时,其能量效率超过81%,100个循环容量无衰减。据介绍,全钒液流电池储能系统由电堆、电解质溶液、管路系统等组成,其中电堆起到了至关重要的作用。而相对于传统全钒液流电池电堆,新一代电堆采用的可焊接多孔离子传导膜可以提升离子选择性,提高电解液的容量保持率,此外,多孔离子传导膜的成本远低于商业化的全氟磺酸膜,从而可大幅度降低电堆成本。“我们通过应用自主研发的可焊接多孔离子传导膜,实现了对电池电堆组装工艺的改进。”大连化物所研究员李先锋表示,新一代全钒液流电池电堆不但保持了传统电堆的高功率密度,相比传统电堆,其总成本也下降了40%。大连化物所方面表示,新一代全钒液流电池电堆的成功研发,将大幅度降低全钒液流电池系统的成本,推动全钒液流电池的产业化应用。上述工作得到了中国科学院“变革性洁净能源关键技术与示范”战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目的支持。(完)

作者: 杨毅 详情

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