T_CET 406-2023 梯次利用电池储能双向直流变换器技术要求.pdf

T/CET 40T/CET 406 6-20232023 梯次利用电池储能双向直流变换器梯次利用电池储能双向直流变换器 技术要求技术要求 Technical requirements for bi-directional DC/DC converter with echelon utilization battery energy storage 20232023-6 6-3030 发布发布 20232023-6 6-3030 实施实施 发发 布布 目目 次次 前 言.1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 一般要求.2 5 技术要求.2 6 试验方法.6 7 检验规则.13 附 录 A.15 附 录 B.16 前 言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1部分：标准的结构和起草规则中的规则起草。本文件根据国家能源局关于加强储能标准化工作的实施方案精神，中国电力技术市场协会根据行业需求制订。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电力技术市场协会提出。本文件由中国电力技术市场协会储能设备技术专业委员会归口。本文件主要起草单位：杭州煦达新能源科技有限公司、浙江艾罗网络能源技术股份有限公司、国能合纵（北京）能源电力技术中心、深圳市比亚迪锂电池有限公司、上海循道新能源科技有限公司、徐州市恒源电器有限公司。本文件参编单位：安徽理士新能源发展有限公司、合肥金泰克新能源科技有限公司、力容新能源技术（天津）有限公司、锦浪科技股份有限公司、万帮数字能源股份有限公司、招商局检测车辆技术研究院有限公司、先控捷联电气股份有限公司、江苏为恒智能科技有限公司。本文件主要起草人：薄涛、李剑铎、宋苏、刘超厚、赵焱、郭云高、刘永良、王冰涛、余建东、郑中策、李洋、孙欢欢、王刚、董捷、印海燕、陈明、刘萍、李加林、许颇、刘保颂、朱选才、沈旦立、尹潇、颜文森、刘亚峰、李世伟、钱敏华、马磊。本文件在执行过程中如有意见和建议，请反馈至中国电力技术市场协会标准化技术委员会秘书处。（地址：北京市西城区广安门外大街 168 号朗琴国际大厦 A 座 806，邮编：100055）梯次利用电池储能双向直流变换器技术要求 1 范围 本文件规定了梯次利用电池储能双向直流变换器的一般要求、技术要求、试验方法、检验规则等。本文件适用于以梯次利用电池作为储能载体，且电池直流侧电压不超过 1kV，额定功率不超过100kW 的双向直流变换器。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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/T 2423.1 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温 GB/T 2423.2 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温 GB/T 2423.3 环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 C：恒定湿热试验 GB/T 2423.4 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 D：交变湿热（12h+12h 循环）GB/T 4208 外壳防护等级（IP 代码）GB/T 7251.1 低压成套开关设备和控制设备 第 1 部分:总则 GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.3 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T 17626.4 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T 17626.6 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度 GB/T 17799.2 电磁兼容 通用标准 工业环境中的抗扰度试验 GB/T 34105.3 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/T 36276 电力储能用锂离子电池 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 储能双向直流变换器 Energy storage bi-directional DC/DC converter(DC/DC)电化学储能系统中，连接于电池系统与直流母线（和/或负荷）之间的实现直流电能双向转换的变换器。3.2 梯次利用 echelon use 车用动力电池退役后，整体或经拆解、分类、检测、重组与装配等工艺，以电池包或模块或单体的形式再次应用到基站备电、储能、低速动力等的过程。来源:GB/T 34105.3，有修改 3.3 电池簇 battery cluster 由电池模块采用串联、并联或串并联连接方式，与储能双向直流变换器及附属设施连接后实现独立运行的电池管理系统、监测和保护电路、电气和通讯接口等的电池组合体。来源:GB/T 36276，有修改 3.4 电池管理系统 battery management system 监测电池的电压、电流、温度等参数信息，并对电池状态管理和控制的装置。来源:GB/T 36276 4 一般要求 4.1 梯次利用电池储能双向直流变换器（以下简称“变换器”）连接电池簇不应直接并联，应对每个电池簇独立启停和独立充放电调节等控制。4.2 变换器的直流母线侧电压等级宜采用 24V、48V、110V、220V、480V、750V、1000V。5 技术要求 5.1 正常使用环境条件 正常使用的环境条件应符合下列规定：a)工作环境温度：宜为-20+50；b)工作环境湿度温度 402时，不应大于 90%RH，应无凝露；c)海拔高度不宜大于 2000m；大于 2000m 时，应按 GB/T 7251.1 的相关规定；d)工作环境应无剧烈震动冲击；e)空气中不应含有过量的尘埃、酸、碱、腐蚀性及爆炸性微粒和气体。5.2 机/柜体和结构质量和外观 机/柜体和结构制造质量、主电路连接、二次线及电气元件安装等应满足下列要求：a）变换器及机架组装有关零部件均应符合产品技术要求；b）设备面板应平整，涂层应牢固、平整，无剥落、锈蚀及裂痕等缺陷；c）标牌、标志、标记、文字和符号应清晰耐久。5.3 功能要求 5.3.1 变换器应具有与电池管理系统通讯功能、充放电功能。5.3.2 变换器应响应电池管理系统报警信息。5.3.3 变换器辅助供电应具有电池侧电压欠压保护功能，应避免长时间待机造成电池过放电。5.3.4 变换器宜具备 CAN/RS 485、以太网通讯接口。5.3.5 变换器应具备响应能量管理系统的充/放电指令，实现削峰填谷、平滑功率、经济运行管理及参与需求响应、调峰等功能要求。5.4 性能指标 5.4.1 效率 在额定运行条件下，不含有变压器的变换器充电效率和放电效率均不应低于 95%；含有变压器的变换器充电效率和放电效率均不应低于 92%。5.4.2 功率控制 功率控制应符合下列规定：a）直流母线侧功率不小于 20额定功率时，功率控制偏差率不应超过额定功率的1；b）功率控制响应时间不应超过 100ms；c）功率控制调节时间不应超过 300ms。5.4.3 稳流精度与电流纹波 具备恒流运行模式的变换器在恒流工作状态下，充放电功率大于 20额定功率时，直流母线侧充放电电流控制误差不应超过5%；电流纹波不应超过 5%。5.4.4 稳压精度与电压纹波 具备恒压运行模式的变换器在恒压工作状态下，充放电功率大于 20额定功率时，直流母线侧充放电电压控制误差不应超过2%；电压纹波不应超过 2%。5.4.5 超调量和恢复时间 具备恒压运行模式的变换器在恒压工作状态下，充放电功率大于 20额定功率时，直流母线侧充放电电压控制误差不应超过2%；电压纹波不应超过 2%。5.4.6 噪声 在距离变换器水平位置 1m 处，用声级计测量满载时的噪声，噪声不应大于 80dB。5.4.6 环境适应性 5.4.6.1 低温（贮存）性能 变换器在环境温度-40条件下贮存 16h 后恢复至-20，应正常启动运行。5.4.6.2 高温（贮存）性能 变换器在环境温度 70条件下贮存 16h 后恢复至 50，应正常启动运行。5.4.6.3 耐湿热性能 变换器按 GB/T 2423.4 进行交变湿热试验后，绝缘电阻不应低于 0.5M。5.5 保护功能 5.5.1 短路保护 变换器应设置短路保护功能，当直流母线侧短路时，变换器应自动保护并发出告警信号，当故障排除后，可自动或经人为干预后恢复运行。5.5.2 电池侧极性反接保护 当变换器电池侧极性反接时，变换器应自动保护。故障排除后，可自动或经人为干预后恢复运行。5.5.3 电池侧过/欠压保护 当变换器电池侧电压不小于过压保护值，或不大于欠压保护值时，应关闭或限制功率运行。故障排除后，可自动或经人为干预后恢复运行。电池侧过压保护值和欠压保护值应符合产品技术文件规定。5.5.4 直流母线侧过/欠压保护 当变换器直流母线侧电压不小于过压保护值，或不大于欠压保护值时，应关闭或限制功率运行。故障排除后，可自动或经人为干预后恢复运行。直流母线侧过压保护值和欠压保护值应符合产品技术文件规定。5.5.5 过温保护 变换器温度采样点温度达到过温保护设定值时，应关闭或限制功率运行。故障排除后，可自动或经人为干预后恢复运行。5.5.6 通讯故障保护 变换器应设置与监控系统、电池管理系统的通讯故障保护。5.5.7 电池管理系统故障信号保护 变换器应设置来自电池管理系统的过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、过温保护、漏电保护等故障、告警信号保护。5.6 绝缘耐压性 5.6.1 绝缘电阻 独立电路与外露可导电部分之间，以及与独立电路之间的绝缘电阻不应小于 1M。试验电压等级应按表 1 确定。表 1 绝缘电阻试验电压等级 单位为伏 额定绝缘电压等级 UN 绝缘电阻表电压 UN60 250 60UN250 500 250UN1 000 1 000 5.6.2 介质强度 介质强度应符合下列规定：a)变换器应承受频率为 50Hz，历时 1min 的工频交流电压或等效直流电压，试验过程中应保证不击穿，不飞弧，漏电流应小于 20mA；b）介质强度试验电压等级应符合表 2 的规定，试验过程中，任一被试电路施加电压时，其余电路等电位应互联接地。表 2 介质强度试验电压等级 单位为伏 额定电压 UN 试验电压 UN60 1000 60UN300 2000 300UN690 2500 690UN800 3000 800UN1000 3500 注：整机介质强度按上述指标只能试验一次。用户验收产品时如需要进行介质强度试验，应将上列试验电压降低25%进行。5.7 电磁兼容性 5.7.1 静电放电抗扰度试验等级 静电放电抗扰度试验等级应符合 GB/T 17626.2 规定的严酷度等级，并应符合下列规定：a）试验等级应为 3 级；b）性能判据应符合 GB/T 17799.2 性能判据 B 的规定。5.7.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验等级 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验等级应符合 GB/T 17626.4 规定的严酷度等级，并应符合下列规定：a）试验等级应为 3 级；b）性能判据应符合 GB/T 17799.2 性能判据 B 的规定。5.7.3 射频电磁场辐射抗扰度试验等级 射频电磁场辐射抗扰度试验等级应符合 GB/T 17626.3 规定的严酷度等级，并应符合下列规定：a）试验等级，80MHz100MHz 时，应为 3 级；1.4GHz6GHz 时，应为 2 级；b）性能判据应符合 GB/T 17799.2 性能判据 A 的规定。5.7.4 射频场感应传导骚扰抗扰度试验等级 射频场感应传导骚扰抗扰度试验等级应符合 GB/T 17626.6 规定的严酷度等级，并应符合下列规定：a）试验等级应为 3 级；b）性能判据应符合 GB/T 17799.2 性能判据 A 的规定。5.8 外壳防护等级 防护等级不应低于 GB/T 4208 规定的 IP20。6 试验方法 6.1 试验条件 6.1.1 试验环境条件 无特殊环境规定时，试验应按下列环境条件执行：）环境温度：255；）环境相对湿度：25%75%；）环境气压：86 kPa106 kPa。6.1.2 试验电气条件 电池侧电压允许偏差应为额定电压的5%。6.2 试验线路示意图 试验线路示意图可参照图 1。电池模拟装置或直流电源(配合直流负载)直流负载功率分析仪直流负载直流母线模拟装置或直流电源(配合直流负载)Q1Q2Q4Q3被测设备 图 1 试验线路示意图 6.3 机/柜体和结构的质量和外观试验 机/柜体和结构质量试验应满足下列要求：a）试验方法：外观可采用目视检查；b）判定标准：设备面板应平整，涂层应牢固、平整，无剥落、锈蚀及裂痕等缺陷；标牌、标志、标记、文字和符号应清晰耐久。6.4 性能试验 6.4.1 效率 效率试验应符合下列规定：a）试验应按下列步骤执行：1)设备按图 1 连接好试验电路；2)设定为充电模式，将直流母线模拟电源调在额定电压值，电池模拟电源电压调至额定电压；3)逐步调节功率，使被测设备负载率分别处于 5%、15%、25%、35%、50%、80%、100%；记录下电池侧和直流母线侧的电压表上的电压值和电流表上的电流值；4)根据直流母线电压、电流的乘积计算出被测设备的输入功率，根据电池侧电压、电流的乘积计算出被测设备的输出功率；5)电源设备效率应按公式（1）计算：=Po/Pi100%（1）式中：效率；Po输出功率；Pi输入功率。6)设置为放电模式，将直流母线模拟电源调至额定电压值，电池模拟电源电压调至额定电压；重复以上步骤 3）;7)根据电池侧电压、电流的乘积计算出被测设备的输入功率，根据直流母线电压、电流的乘积计算出被测设备的输出功率；b）判定标准：变换器双向转换效率应符合 5.4.1 的规定。6.4.2 功率控制 功率试验应符合下列规定：a)试验应按下列步骤执行：1）向变换器发出最大功率、恒压工作模式、恒流工作模式以及表征能量双向流动特征的参数或指令等控制信号；2）记录变换器功率，数据点时间间隔不大于 20ms；3）按附录 B 对功率控制响应时间、调节时间计算；b）判定标准：变换器应接收指令并执行，试验结果应符合 5.4.2 的规定。6.4.3 稳流精度与电流纹波 稳流精度与电流纹波试验应符合下列规定：a）试验应按下列步骤执行：1）设备按图 1 连接好试验电路；2）设定恒流充电模式，充电电流设定为额定电流的 100%、50%和 10%；3）接入直流母线模拟装置或阻性负载、调整直流母线模拟装置或阻性负载使变换器直流母线侧电压在直流电压范围内变化，变化步长为被测变换器直流母线侧电压范围的 20%，每一步长保持至少 10s，记录充电过程中电流数据，得出负载变化过程中直流母线侧电流最大波动值、纹波有效值；4)稳流精度应按公式（2）计算，应取 3 个电流下最大值作为测试结果；5)电流纹波系数应按公式（3）（4）计算：=()100%（2）=100%（3）=100%（4）稳流精度；直流母线侧电流波动最大值，单位为安培(A)；直流母线侧电流整定值，单位为安培(A)；电流纹波有效值系数；电流纹波峰值系数；直流母线侧电流交流分量有效值，单位为安培(A)；直流母线侧电流交流分量峰-峰值，单位为安培(A)；直流母线侧电流交流平均值，单位为安培(A)。b）判定标准：试验结果应符合 5.4.3 的规定。6.4.4 稳压精度与电压纹波 稳压精度与电压纹波应符合下列规定：a）试验应按下列步骤执行：1）按图 1 连接试验电路；2）控制变换器在恒压充电状态；3）设定变换器电池侧电压分别在其电压范围的最大值、中间值和最小值；4）接入直流母线模拟装置或阻性负载、调整直流母线模拟装置或阻性负载使变换器直流母线侧电流在 0100%额定电流下变化，变化步长为 20%额定电流，每一步长保持时间不应小于 10s，测量直流母线侧电压的最大波动值、纹波值；5）稳压精度应按公式（5）计算，稳压精度不应超过2%；6）电压纹波系数应按公式（6）（7）计算：=()100%（5）=100%（6）=100%（7）稳压精度；负载电流在 0100%额定电流范围内变化，直流母线侧电压波动最大值，单位为伏特（V）;直流母线侧电压整定值，单位为伏特（V）;电压纹波有效值系数；电压纹波峰值系数；直流母线侧电压交流分量有效值，单位为伏特（V）；直流母线侧电压交流分量峰峰值，单位为伏特（V）；直流母线侧电压交流平均值，单位为伏特（V）)b）判定标准：试验结果应符合 5.4.4 的规定。6.4.5 噪声 噪声试验应符合下列规定：a)试验应按下列步骤执行：1）控制变换器工作在额定功率状态；2）在距离变换器水平位置 1m 处，用声级计测量变换器噪声，声级计测量采用 A 计权方式；3）测试现场的被测噪声与背景噪声的差不应小于 10dB，否则应按表 3 修正。表 3 背景噪声修正值 单位为 dB 差 值 3 4 5 6 10 修正值-3-2-1 b）试验结果应符合 5.4.7 的规定。6.4.6 环境适应性 6.4.6.1 低温性能 低温性能试验应按 GB/T 2423.1 执行。6.4.6.2 高温性能 高温性能试验应按 GB/T 2423.2 执行。6.4.6.3 耐湿热性能 耐湿热性能试验应按 GB/T 2423.3 执行。6.5 保护功能 6.5.1 短路保护 短路保护试验应符合下列规定：a）试验方法：充电和放电阶段，应使变换器直流母线侧短路，检查变换器工作状态；b）判定标准：结果应符合 5.5.1 的规定。6.5.2 极性反接保护 极性反接保护试验应符合下列规定：a）试验应按下列步骤执行：1）将变换器电池侧极性反接，启动变换器，检查变换器工作状态；2）将变换器电池侧极性恢复，启动变换器，检查变换器工作状态；b）判定标准：试验结果应符合 5.5.2 的规定。6.5.3 电池侧过/欠压保护 电池侧过/欠压保护试验应符合下列规定：a）试验应按下列步骤执行：1）按图 1 连接试验回路；2）将电池模拟装置电压调整至变换器电池侧电压额定值；3）调节变换器工作在放电模式，功率为额定功率；4）调节电池模拟装置电压升至电池侧过压保护值，记录变换器过压动作值和从达到过压时刻起到变换器保护动作的时间；5）调节电池模拟装置电压至变流器电池侧电压额定值，确认变换器正常开机；6）调节电池模拟装置电压升至电池侧欠压保护值，记录变换器欠压动作值和从达到欠压时刻起到变换器保护动作的时间；7）调节电池模拟装置电压至变流器电池侧电压额定值，确认变换器正常开机；8）调节变换器工作在充电模式，重复步骤 4）7）；b）判定标准：试验结果应符合 5.5.3 的规定。6.5.4 直流母线侧过/欠压保护 直流母线侧过/欠压保护试验应符合下列规定：a）试验应按下列步骤执行：1）按图 1 连接试验回路；2）将直流母线模拟装置电压调整至变换器直流母线电压额定值；3）调节变换器工作在放电模式，功率为额定功率；4）调节直流母线模拟装置电压升至直流母线电压保护值，记录变换器过压动作值和从达到过压时刻起到变换器保护动作时间；5）调节直流母线模拟装置电压至变流器直流母线电压额定值，确认变换器正常开机；6）调节直流母线模拟装置电压升至直流母线欠压保护值，记录变换器欠压动作值和从达到欠压时刻起到变换器保护动作时间；7）调节直流母线模拟装置电压至变流器直流母线电压额定值，确认变换器正常开机；8）调节变换器工作在充电模式，重复步骤 4）7）；b）判定标准：试验结果应符合 5.5.4 的规定。6.5.5 过温保护 过温保护试验应符合下列规定：a）试验方法：应通过模拟过温信号检验过温保护功能;b）判定标准：试验结果应符合 5.5.5 的规定。6.5.6 通讯故障保护 通讯故障保护试验应符合下列规定：a）试验应在变换器启动状态下，采用故障模拟方法使变换器与监控系统及电池管理系统之间通信发生故障，检查变流器应可靠告警。应记录告警信息和运行状态；b）判定标准：试验结果应符合 5.5.6 的规定。6.5.7 电池管理系统故障信号保护 电池管理系统故障信号保护试验应符合下列规定：a）电池管理系统故障信号保护试验应在变换器未启动状态下，采用故障模拟方法使电池管理系统向梯次利用变换器分别传送过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、过温保护、漏电保护等告警信号，检查变换器应可靠告警。应记录告警信息和变换器运行状态;b）判定标准：试验结果应符合 5.5.7 的规定。6.6 电气安全 6.6.1 绝缘电阻 绝缘电阻试验应按 GB/T 7251.1 执行。6.6.2 介电强度 介电强度试验应按 GB/T 7251.1 执行。6.7 电磁兼容性 6.7.1 静电放电抗扰度 静电放电抗扰度试验应按 GB/T 17626.2 执行。6.7.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验应按 GB/T 17626.4 执行。6.7.3 射频电磁场辐射抗扰度 射频电磁场辐射抗扰度试验应按 GB/T 17626.3 执行。6.7.4 射频场感应的传导骚扰抗扰度 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验应按 GB/T 17626.6 执行。6.8 外壳防护等级 外壳防护等级试验应按 GB/T 4208 执行。7 检验规则 7.1 型式检验 有下列情况之一时，应进行型式检验：a）新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定时；b）产品设计、工艺或材料改变，可能影响产品性能时；c）停产 1 年后，恢复生产时；d）出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。7.2 出厂检验 出厂产品均应进行出厂检验。出厂检验应由制造商或委托的其他机构检验，并应出具产品合格证。出厂检验时，只有一项不合格，允许返修后复试，复试一次仍不合格，应判为不合格。检验合格后，应填写试验记录并出具合格证方可出厂。7.3 检验项目 检验项目应符合表 4 的规定。表 4 检验项目 序号 检验项目 型式检验 出厂检验 1 机/柜体和结构质量 2 功能要求 3 效率 表 4 检验项目(续)序号 检验项目 型式检验 出厂检验 4 功率控制精度 5 稳流精度与电流纹波 6 稳压精度与电压纹波 7 噪声 8 环境 9 保护功能 10 电气安全 12 电磁兼容性 12 外壳防护等级 附 录 A（资料性）变换器技术参数表 制造商 型号 电池侧参数 最大功率（kW）最高电压（V）最大电流（A）工作范围（V）直流母线侧参数 最大功率（kW）最高电压（V）最大电流（A）工作范围（V）通用参数 直流母线侧过压保护值（V）直流母线侧欠压保护值（V）隔离方式 效率（%）允许环境温度（）允许相对湿度（%）噪声（dB）尺寸（宽深高）（mm）质量（kg）防护等级 冷却方式 绝缘电阻（M）介质强度 显示和通信 通信接口 人机界面 通信规约 附 录 B（资料性）功率控制响应时间及调节时间判定方法 B.1 功率控制响应时间及调节时间判定方法可参照图 B.1，可得出下列特性参数：a）功率控制响应时间tp,res：tp,res=tp,1-tp,0(1)b）功率控制调节时间tp,reg：tp,reg=tp,2-tp,0(2)图 B.1 功率控制响应时间及调节时间判定方法示意图 P1变换器功率控制初始运行值；P2变换器功率控制目标值；P3控制期间变换器功率偏离控制目标的最大值；t p,0功率控制开始时刻或前一设定值控制结束时刻；t p,1功率变化第一次达到设定阶跃值 90%的时刻；t p,2功率控制期间变换器功率持续运行在允许范围内的开始时刻。