NB∕T 42132-2017 全钒液流电池 电堆测试方法.pdf

ICS 29.220.20 K82 备案号61507-2018中华人民共和国能源行业标准NB/T 42132 -2017 全饥液流电池电堆测试方法Vanadium flow battery-Test method for vanadium flow battery stacks 2017-11-15发布2018-03-01实施国家能源局发布NB / T 42132 -2017 目次前言.n1 范围.，2 规范性引用文件.3 术语和定义.4 通用要求5 设备与仪器.6 测试准备.27 试验方法.38 试验准备及试验报告.7附录A(资料性附录试验准备.8附录B(资料性附录试验报告. .9参考文献.uNB /T 42132 -2017 刚吕本标准按照GBrr1.1-2009 标准化工作导则第1部分标准的结构和编写给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业液流电池标准化技术委员会(NEAlTC23)归口。本标准起草单位:中国科学院大连化学物理研究所、大连融科储能技术发展有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、上海神力科技有限公司、辽宁金谷炭材料股份有限公司、清华大学、中国科学院金属研究所、朝阳华鼎储能技术有限公司、中国工程物理研究院电子工程研究所、承德新新饥铁储能科技有限公司。本标准主要起草人:张华民、郑琼、邹毅、田超贺、王晓丽、邢枫、卢琛钮、张若谷、李波、王保国、严川伟、陈晖、李晓兵、张玉贤。H NB I T 42132 -2017 全饥液流电池电堆测试方法1 范围本标准规定了全饥液流电池电堆(以下简称电堆)测试方法中的术语和定义、通用要求、设备与仪器、测试准备和试验方法等内容。本标准适用于全饥液流电池电堆测试。2 规范性引用文件下列文件对于本文件前应用是必不可少的。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 2828.1-2012 计数抽样检验程序第1部分:按接收质量限CAQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T29840一20L3全饥液流电池术语3 术语和定义GB/T 29840-2013界定的以及下列术-语和地L适用于本文件。为了叶使用，以下重复列出了GB/T29840二2013中的一些术语和定义。3.1 3.2 3.3 电堆stack 由多个单电池以叠加形式紧固的、具有多个管道和统电流输出的组合体。GB/T 29840-2013.定义2.21.2J电解液利用率electrolyte utilization 在规定的条件下且电堆士作时实际放电瓦时容量与理论瓦时容量的比值。j主:改写GBrr29840-20131.定义2.22.12。理论瓦时容量theoretical nergy capacity 根据电解液浓度和体积it算得割的电池充满电后所能提供的全部放电瓦时容量。注:以标准电极电位确定的电池正负极标准电极电位差应为1.25V.以此计2草理论瓦时容量。GB厅29840-2013，定义2.22.5J4 通用要求试验环境条件:温度:250C士50C;一一空气湿度5%-95%。对环境条件有特殊要求的测试，试验环境条件由供需双方协商确定。5 设备与仪器5.1 设备及功能测试参数的监控和管理包含以下设备与功能:NB / T 42132 -2017 a) 电解液流量监控设备:实现电解液流量的测试、调节与控制;推荐为体积流量表、质量流量表或涡轮型流量表等流量计，流量计应由耐酸腐蚀材质组成。b) 电解液输送设备:实现电解液从储罐到电堆的输送:推荐为磁力泵，泵应能满足电堆测试所需的电解液流量;泵及其接头应为耐酸腐蚀材料，推荐材料为PVC、PTFE。c) 充放电控制设备:加载达到电堆设定的电流、电压、功率等;充放电过程可以以恒电流、恒电压或者恒功率模式运行。推荐采用恒功率充放电模式。d) 监控和数据采集设各:实现电堆电压和电流、荷电状态(SOC)、电解液流量、流动阻力、电阻等的测量和记录。e) 负极电解液保护:使电堆负极电解液避免空气的氧化影响，推荐使用惰性气体除氧及密封保护。f) 液阻测试设备:实现电解液流经电堆的流动阻力的测量:测试装置包括压差计、液体进出输送管路等。5.2 仪器精度试验中使用的仪器和器具及其精度要求如下:一一充放电测试仪:用于测量电堆的电压和电流，电压精度至少为0.1级，电流精度至少为0.2级:一一测量尺:用于测量电堆的几何尺寸，精度至少为0.1级:一一流量计:用于测量电解液的流量，流量的精度为其满量程的:1:1%;一一压差计:用于测量电解液流经电堆的流动阻力，压力精度为其满量程士1%;一一绝缘电阻测试仪:测量端板和集流板间的绝缘电阻，量程满足测试要求:一一电池内阻测试仪:测量电堆内阻，仪表精度为其满量程的:1:0.5%。6 测试准备6.1 抽样要求电堆采用抽样测试。样品按照GB/T2828.1-2012第8章的抽样方法抽取。6.2 电堆的基本信息电堆的基本信息包括:a) 电堆质量:b) 电堆尺寸:电堆单电池节数:d) 电极面积:e) 额定电流:f) 额定电压:g) 额定功率。6.3 电堆操作条件电堆的操作条件包括:a) 电解液温度:b) 充放电运行模式:c) 功率或电流密度:d) 电解液流量:e) 充电截止条件:2 NB I T 42132 -2017 f ) 放电截止条件:g) 测试循环数。7 试验方法7.1 外观用目测方法检查电堆外观，检查电堆外表是否清洁、平整，是否有变形、泄漏等:用测量尺测量电堆几何尺寸。7.2 内外漏检查7.2.1 外漏检查所有用于电堆外漏检查的材料均应和管路及电堆组件相匹配。电堆安装完成后，用检漏气体(如氮气对电堆进行外漏检查。将检漏气体通入配置了减压阀、压力传感器、球阀和气体流量计等器件的管路，分别进入电堆的正极和负极进液口。且电堆正极和负极出液口处于封闭状态，使管路中压力平衡。设定合适的初始压力值，并在电堆的所有接口处、所有管路连接接头和各个部件连接处(如电极框外侧)涂上渗漏检测液，检测电堆四周检漏气体泄漏情况。注:初始压力值根据电堆及材料特性具体设定。7.2.2 内漏检查所有用于电堆内漏检查的材料均应和管路及电堆组件相匹配。电堆安装完成后，用检漏气体(如氮气)对电堆进行内漏检查。将检漏气体通入配置了减压阀、压力传感器、球阀和气体流量计等器件的管路，进入电堆的正极或负极进液口。电堆正极或负极出液口处于封闭状态，使管路中压力平衡。设定合适的初始压力值，测试时间保持15min以上，观察压力监测值下降情况。注:初始压力值根据电堆及材料特性具体设定。7.3 电堆内阻7.3.1 测试方法设定电堆单电池开路电压，用电堆内阻测试仪测试电堆不同开路电压下的电阻Ro。7.3.2 数据处理为了实现电堆间电堆内阻大小的比较，一般以电极面积与电堆开路电压下测得的单电池电阻(Rolm)的乘积，即面电阻表示电堆内阻R:式中:R= Ro x S m R一一电堆内阻，单位为毫欧平方厘米(mQ cm2) ; R。一一电堆内阻测试仪测得的电堆开路内阻，单位为毫欧(mQ);m一一电堆单电池节数:S一一电极有效面积，单位为平方厘米(cm2)。(1) 3 NB / T 42132 -2017 取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果。将不同开路电压下计算得到的结果绘制成电堆内阻一开路电压曲线。7.4 液阻测试7.4.1 测试方法按照如下步骤进行电堆的液阻测试:a) 将测试电堆的液体进出口分别和液阻测试设备中的液体进出输送管路连接，压差计的两端分别与液体迸出输送管路相连:b) 在电堆液体进口侧进液，在一定的入口压强下，测量液体流经电堆的进出口压强差，即为该压强下的电堆液阻.P，l1P为电堆液阻，单位为千帕(四a)jc) 逐渐增加施加的入口压强，并重复a)-b)，每增加5Ok:Pa ，记录不同液体入口压强下的电堆液阻:注:推荐测量的入口压强范围为10kPa500kPaod) 当前测得的电堆液阻与前一次测得的电堆液阻值的变化率不大于5%时，停止测试。7.4.2 数据处理取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果。将不同入口压强下得到的结果绘制成电堆液阻一压强曲线。7.5 充放电性能7.5.1 概述设定6.3中电堆的操作条件，包括电解液温度、充放电运行模式、功率或电流密度、电解液流量、充放电截止条件以及测试循环数。通过充放电测试仪进行充放电性能测试，由试验结果计算出试验状态下的库仑效率、能量效率、电压效率和电解液利用率。7.5.2 充放电性能测试按照如下步骤进行电堆的充放电性能测试:a ) 在设定的电堆操作条件下，开启电解液输送泵及充放电测试仪;b ) 将电堆充电至充电截止条件:c ) 将电堆放电至放电截止条件:d) 重复b)-c)步骤至少3次。注:重复b)，C)步骤时应保证电堆的工作状态和环境状态相同。7.5.3 结果计算7.5.3.1 电堆库仑效率按式(2)中计算。4 c=会xlO式中:c一一电堆库仑效率，%j Ad一一电堆连续3个有效循环的放电平均安时容量，单位为安时(Ah)jAc一一电堆连续3个有效循环的充电平均安时容量，单位为安时(Ah)。(2 ) NB / T 42132一-2017 7.5.3.2 电堆电压效率按式(3)计算。y二号100式中:v一一电堆电压效率，%; Vc一-电堆连续3个有效循环的充电平均电压，单位为伏特(V);Vd一一电堆连续3个有效循环的放电平均电压，单位为伏特(V)。7.5.3.3 电堆能量效率按式(4)计算。b =Zix100% 式中:E一一电堆能量效率J%; E一一电堆连续3个有效循环的平均充电瓦时容量，单位为瓦时(%);Ed一一电堆连续3个有效循环的平均放电瓦时容量，单位为瓦时(Wh)。7.5.3.4 电堆电解液利用率放式也和式(6)计算。UE=旦xi00%=旦旦x100%ET Ar Ar = cvnE / 3600 式中:UE-电堆电解液U用率，%; ET一一理论瓦时容量，单位为瓦时(Wh);马一一放电过程中的平均放电功率，单位为玩-(W);乌一一放电时间，单位为小币(h).;一一以标准电极电位确定的电池正负极标准电极电位差，为1.25V; Ar一一理论安时容量，单位为安时(Ah);C一一电解液的浓度，单位为摩尔每升(moVL);一一正极或负极电解液体积，单位为升(L);n 一转移电子数:F一一法拉第常数，96485C/mol。注:式(6)应满足电堆内电解液与电解液储罐内电解液的体和、比不大于1-:100 .-取电堆连续3个有效循环的电解液利用率，计算出平均值作为试验结果。7.6 电压均匀性测试7.6.1 测试过程按照如下步骤测量电堆的电压均匀性:a) 在设定的电堆操作条件下，开启电解液输送泵及充放电测试仪;b) 将电堆充电至充电截止条件，并在充电末期测量并记录电堆各个单电池电压民i;c) 将电堆放电至放电截止条件，并在放电末期测量并记录电堆各个单电池的电压几:注:建议充电末期的soc为80%，放电末期的soc为20%。d) 计算组成电堆的所有单电池在充电末期的平均电压尺和放电末期的平均电压凡。(3) (4) (5) (6) 5 NB I T 42132 -2017 7.6.2 结果计算6 电压均匀性用电压极差、电压标准偏差和电压离散系数表示。a) 按式(7)计算充电末期电堆的电压极差凡。几=max -V cmin 式中:几一一充电末期电堆的电压极差;max一一充电末期电堆中最大单电池电压，单位为伏特(V);min一一充电末期电堆中最小单电池电压，单位为伏特(V)。b) 按式(8)计算充电末期电堆的电压标准偏差。=./:l(几_)2m 式中:c一一充电末期电堆的电压标准偏差:几一一充电末期电堆中第i个Ci=l，2, m)单电池的电压，单位为伏特(V);只一一充电末期电堆所有单电池的平均电压，单位为伏特(V);m一一电堆单电池个数。c)按式(9)计算充电末期电堆的电压离散系数在。式中:在=三xlOO%w只在一一充电末期电堆的电压离散系数，单位为百分比(%)。d)按式(10)计算放电末期电堆的电压极差Yd。Yd =凡m皿一凡m式中:Yd一一放电末期电堆的电压极差:几m一一放电末期电堆中最大单电池电压，单位为伏特(V);几m一一放电末期电堆中最小单电池电压，单位为伏特(V)。e)按式(11)计算放电末期电堆的电压标准偏差吨。叫=./L:J凡i一瓦/m 式中:d一一放电末期电堆的电压标准偏差:几一一放电末期电堆中第i个Ci=l，2, m)单电池的电压，单位为伏特(V);凡一一放电末期电堆所有单电池的平均电压，单位为伏特(V)。f)按式(12)计算放电末期电堆的电压离散系数奇。A中:乱=旦xlOO%几d一一放电末期电堆的电压离散系数，%。(7) (8) (9) (10) (11 ) (12) NB / T 42132 -2017 取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果。7.7 高温存储性能按照如下步骤，进行电堆高温存储性能测试:a ) 将电堆放置在温度为儿的高低温恒温箱中，保持12h;注:也范围推荐为不低于450C。b ) 将电堆移出高低温恒温箱，恢复至室温:c ) 待电堆恢复至室温后，按7.2检查电堆内外漏;d ) 将电堆连接至电堆系统，在设定的操作条件下，开启电解液输送泵及充放电测试仪:e) 按7.5进行电堆充放电性能测试。7.8 低温存储性能按照如下步骤，进行电堆低温存储性能测试:a ) 将电堆放置在温度为tc的高低温恒温箱中，保持12h;注tc范围推荐为不高于一50C。b ) 将电堆移出高低温恒温箱，恢复至室温:c ) 待电堆恢复至室温后，按7.2检查电堆内外漏:d ) 将电堆连接至电堆系统，在设定的操作条件下，开启电解液输送泵及充放电测试仪:e ) 按7.5进行电堆充放电性能测试。7.9 过载能力7.9.1 充电过载能力试验按照如下步骤进行电堆充电过载能力试验:a ) 电堆放电至O%SOC;b) 电堆以不低于1. 1倍额定功率充电，充电时间不少于10min;c ) 重复a)-b)步骤3次。7.9.2 放电过载能力试验按照如下步骤进行电池放电过载能力试验:a ) 电堆充电至100%SOC;b) 电堆以不低于1. 1倍额定功率放电，放电时间不少于lOmin;c ) 重复a)-b)步骤3次。7.10 绝缘性能采用绝缘电阻测试仪测量电堆集流体与其近端端板之间的绝缘电阻。8 试验准备及试验报告试验准备参见附录A，试验报告参见附录B。7 NB /T 42132 -2017 A.1 概述附录A资料性附录试验准备本附录给出在进行测试之前应该考虑的典型项目。对于每项试验来说，应选择高精度的检测仪器及设备，以便将不确定因素减到最少。应准备一个书面的测试计划，下列各项应该列入测试计划:a) 测试目的:b) 测试规范:c) 对测量仪器及设备的要求:d) 测试参数范围的估计;e) 数据采集计划。A.2 数据采集和记录为满足目标误差要求，数据采集系统和数据记录设备应满足采集频次与采集速度的需要，其性能应优于性能试验设备。8 NB / T 42132 -2017 附录B(资料性附录)试验报告电堆性能测试方法，可参考表B.l给出的模板进行编写。表B.1测试报告模板电堆样品参数额定工作电压:额定主作电沈额定功率z电椎重量z电推只寸:试验温度:cm2) / CmW/cm2) 报告类型:制造商名称:制造时间:年委托单位:测试单位:测试条件(1)充放电特性曲线试验。测试结民满足条件:达到放电截止条件达到次循环(2)电压均匀性试验测试满足条￥z达到充电截止条件达到京电截止条件(3)高低温存储性自问验。高温存储性能测试满足条件:测| 、达到放电截止条件试| 五到-血循环过| 低温存储性能测试满足条件:存储温度程| 达到放电截止条件达到次循环(4)过载能力试验。充电过载能力测试满足条件:达到放电截止条件充电功率:充电时间达到次循环放电过载能力测试满足条件:达到充电截止条件放电功率;放电时间达到次循环9 NB /T 42132 -2017 表B.1 (续)A.库仑效率:% B.电压效率:% C.能量效率:% D.电解液利用率:% E电压极差充电末期:放电末期E电压标准偏差测充电末期:放电末期试G电压离散系数结充电末期%;放电末期% 果H.高温存储性能内外漏:充放电性能:1.低温存储性能内外漏:充放电性能:J.充电过载:K.放电过载:备注10 参考文献 1 J QBff 2502- 2000 铿离子蓄电池总规范2J SJ20941- 2005 铿离子蓄电池通用规范NB / T 42132 -2017 11 NrTCiql|lm叫叫町、l川RJl自411|ll1中华人民共和国能源行业标准全饥液流电池电堆测试方法NB I T 42132 -2017 * 中国电力出版社出版、发行http:/) 北京传奇佳彩数码印刷有限公司印刷(北京市东城区北京站西街19号100005 * 2018年8月北京第一次印刷16开本1印张24千字2018年8月第一版880毫米X1230毫米印数001-100册* 定价13.00元版权专有侵权必究本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换统一书号155198 921 155198.921 姐回电力标准信息微信(为您提供最及时、最准确、最仪威的电力标准信息)团也咱扭悟t固自高蛊睡眼