Codeofchina.com is in charge of this English translation. In case of any doubt about the English translation, the Chinese original shall be considered authoritative.
This standard is developed in accordance with the rules given in GB/T 1.1-2009.
This standard was proposed by China Electrical Equipment Industry Association.
This standard is under the jurisdiction of National Technical Committee on Fuel Cell and Flow Battery of Standardization Administration of China (SAC/TC 342).
Vanadium flow battery system - Test method
1 Scope
This standard specifies the terms and definitions, test items, test preparation, test conditions, measuring instruments and test methods of vanadium flow battery system (hereinafter referred to as battery system).
This standard is applicable to the battery system of various scales and applications.
This standard does not address electromagnetic compatibility (EMC) test.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
GB/T 29840-2013 Vanadium flow battery - Terminology
NB/T 42040-2014 General specification for vanadium flow battery
ISO/IEC Guide 98-3 Uncertainty of measurement - Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 29840-2013, NB/T 42040-2014 as well as the following apply. For the convenience of application, some terms and definitions specified in GB/T 29840-2013 are listed below.
3.1
vanadium flow battery; VFB
energy storage device that realizes the mutual conversion of electric energy and chemical energy through the electrochemical reaction of vanadium ions with different valence in positive and negative electrolyte. It is also called vanadium flow battery system
Note: The vanadium flow battery is mainly composed of power unit (stack or module), energy storage unit (electrolyte and storage tank), electrolyte delivery unit (pipeline, valve, pump, heat exchanger, etc.) and battery management system, etc.
[GB/T 29840-2013, Definition 2.1]
?
3.2
state of charge; SOC
ratio of the actual (remaining) dischargeable energy capacity to the actual dischargeable maximum energy capacity of the battery
[GB/T 29840-2013, Definition 2.22.4]
4 Test items
The items of the performance tests and safety tests related to the battery system are given in Table 1.
Table 1 Test items and test classification
No. Performance Safety
1 Stack conformance test Over charge test
2 Rated power test Over discharge test
3 Maximum discharge power test Flame retardant test
4 Maximum charge power test Hydrogen leakage test
5 Rated energy capacity test Insulation resistance test
6 Maximum energy capacity test -
7 Test on rated energy efficiency of battery system -
8 Capacity retention ability test -
9 Low-temperature storage performance test -
10 High-temperature storage performance test -
11 Overload ability test -
12 Accuracy test of state parameters -
13 SOC accuracy test -
14 Protection function test -
5 Test preparation
5.1 General
For each test, appropriate measuring instruments and equipment shall be selected and a test plan shall be formulated to minimize the uncertainty. All test parties shall formulate a written test plan based on this standard, and the following items shall be included in the test plan:
a) purpose;
b) test specification;
c) qualification of test personnel;
d) the uncertainty of result shall meet the requirements of ISO/IEC Guide 98-3;
e) requirements for measuring instruments and equipment;
f) estimation of test parameter range;
g) data acquisition plan (meeting the requirements of 5.2).
5.2 Data acquisition and recording
To meet the requirements of target errors, the data acquisition system and data recording equipment shall meet the requirements of acquisition frequency and speed, and their performance shall be superior to those of test equipment.
6 Test conditions
Unless otherwise specified, the test shall be carried out under the conditions specified in this standard:
——ambient temperature: 25℃±5℃;
——humidity of air: 5%~95%;
——electrolyte temperature: 30℃±5℃.
7 Measuring instruments
7.1 General
Measuring instruments shall be qualified according to the relevant national metrological verification regulations or relevant standards, within the validity period and meet the measurement accuracy index specified by the manufacturer.
7.2 Electrical measurement
7.2.1 Measuring range of the instrument
The range of instruments used shall be determined by the magnitude of the voltage or current to be measured, i.e., the reading shall be within the last third of the range.
7.2.2 Voltage measurement
The instruments used for measuring voltage shall be voltmeters of Grade 0.5 or higher accuracy, of which the internal resistance shall be at least 1kΩ/V.
Note: Other measuring instruments with the same accuracy may also be used for measuring the above voltage.
7.2.3 Current measurement
The instruments used for measuring current shall be ammeters of Grade 0.5 or higher accuracy.
Note: Other measuring instruments with the same accuracy may also be used for measuring the above current.
7.2.4 Electric energy measurement
The instruments used for measuring electric energy shall be instruments of Grade 0.5 or higher accuracy.
7.3 Temperature measurement
The thermometer used to measure the temperature shall have an appropriate range, its division value shall not be greater than 1℃, and the calibration accuracy shall not be less than 0.5℃.
7.4 Time measurement
The time measuring instrument shall be divided into hour, minute and second in scale and with an accuracy of not less than ±1s/h.
7.5 Signal measurement
The instrument used to measure signal changes shall be an oscilloscope with a bandwidth of not less than 40MHz and a sampling rate of not less than 1GS/s.
7.6 Gas concentration measurement
Instruments for measuring hydrogen concentration shall have an appropriate range and shall have an accuracy of not less than 5% F.S.
Foreword i
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions
4 Test items
5 Test preparation
6 Test conditions
7 Measuring instruments
8 Test methods
9 Test report
Annex A (Informative) Test report
ICS 27.070
K82
GB
中華人民共和國國家標準
GB/T 33339—2016
全釩液流電池系統 測試方法
Vanadium flow battery system—Test method
2016-12-13發布 2017-07-01實施
中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局
中國國家標準化管理委員會 發布
前言
本標準按照GB/T 1.1—2009給出的規則起草。
本標準由中國電器工業協會提出。
本標準由全國燃料電池及液流電池標準化技術委員會(SAC/TC 342)歸口。
全釩液流電池系統 測試方法
1 范圍
本標準規定了全釩液流電池系統(簡稱電池系統)測試方面的術語和定義、試驗項目、試驗準備、試驗條件、測量儀器和試驗方法。
本標準適用于各種規模和應用的電池系統。
本標準不涉及電磁兼容性(EMC)試驗。
2 規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 29840—2013 全釩液流電池 術語
NB/T 42040—2014 全釩液流電池通用技術條件
ISO/IEC Guide 98-3 測量的不確定度 第3部分:測量中的不確定度的表示指南(Uncertainty of measurement--Part 3:Guide to the expression of uncertainty in measurement)
3 術語和定義
GB/T 29840—2013、NB/T 42040—2014界定的以及下列術語和定義適用于本文件。為了便于使用,以下重復列出了GB/T 29840—2013中的一些術語和定義。
3.1
全釩液流電池 vanadium flow battery;VFB
通過正負極電解液中不同價態釩離子的電化學反應來實現電能和化學能互相轉化的儲能裝置。又稱全釩液流電池系統。
注:全釩液流電池主要由功率單元(電堆或模塊)儲能單元(電解液及儲罐)電解液輸送單元(管路、閥門、泵、換熱器等)和電池管理系統等部分構成。
[GB/T 29840—2013,定義2.1]
3.2
荷電狀態 state of charge;SOC
電池實際(剩余)可放出的瓦時容量與實際可放出的最大瓦時容量的比值。
[GB/T 29840—2013,定義2.22.4]
4 試驗項目
表1給出了與電池系統相關的性能試驗和安全試驗項目。
表1 試驗項目及試驗分類
序號 性能 安全
1 電堆一致性試驗 過充電試驗
2 額定功率試驗 過放電試驗
3 最大放電功率試驗 阻燃性能試驗
4 最大充電功率試驗 氫氣泄漏試驗
5 額定瓦時容量試驗 絕緣電阻試驗
6 最大瓦時容量試驗 —
7 電池系統額定能量效率試驗 —
8 容量保持能力試驗 —
9 低溫儲存性能試驗 —
10 高溫儲存性能試驗 —
11 過載能力試驗 —
12 狀態參數精度試驗 —
13 SOC精度試驗 —
14 保護功能試驗 —
5 試驗準備
5.1 概述
對于每項試驗來說,應選擇適合的測量儀器及設備,并制定試驗計劃,以便將不確定因素減到最少。試驗各方應以本標準為基礎,制定書面試驗計劃,下列各項應列入試驗計劃:
a) 目的;
b) 測試規范;
c) 測試人員資格;
d) 結果不確定度符合ISO/IEC Guide 98-3要求;
e) 對測量儀器及設備的要求;
f) 測試參數范圍的估計;
g) 數據采集計劃(符合5.2的要求)。
5.2 數據采集和記錄
為滿足目標誤差要求,數據采集系統和數據記錄設備應滿足采集頻次與采集速度的需要,其性能應優于試驗設備。
6 試驗條件
除非另有要求,否則試驗應在本標準規定的試驗條件下進行:
——環境溫度:25℃±5℃;
——空氣濕度:5%~95%;
——電解液溫度:30℃±5℃。
7 測量儀器
7.1 概述
測量儀器應按國家有關計量檢驗規程或有關標準檢驗合格并在有效期內,并應滿足制造商規定的測量精度指標。
7.2 電氣測量
7.2.1 儀表量程
所用儀表的量程應隨被測電流和電壓的量值確定,即讀數應在量程的后三分之一的范圍內。
7.2.2 電壓測量
測量電壓的儀表應是具有不低于0.5級精度的電壓表,其內阻至少為1 kΩ/V。
注:上述電壓的測量也可以采用具有同等精度的其他測量儀器。
7.2.3 電流測量
測量電流的儀表應是具有不低于0.5級精度的電流表。
注:上述電流的測量也可以采用具有同等精度的其他測量儀器。
7.2.4 電能測量
測量電能的儀表應是具有不低于0.5級精度的電能測量儀表。
7.3 溫度測量
測量溫度的溫度計應具有適當的量程,其分度值不大于1℃,標定準確度應不低于0.5℃。
7.4 時間測量
測量時間的儀表應按時、分、秒分度,準確度不低于±1 s/h。
7.5 信號測量
測量信號變化的儀表應為帶寬不低于40 MHz,采樣速率不低于1GS/s的示波器。
7.6 氣體濃度測量
測量氫氣濃度的儀表應具有適當的量程,其精度應不低于士5%F.S.。
8 試驗方法
8.1 性能試驗
8.1.1 電堆一致性試驗
8.1.1.1 能量效率一致性試驗
按照如下步驟進行能量效率一致性試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以額定功率進行放電直至放電截止條件;
c) 電池系統以額定功率進行充電直至充電截止條件;
d) 電池系統以額定功率進行放電直至放電截止條件;
e) 重復c)~d)步驟3次;
f) 記錄每個電堆每次充放電循環的放電瓦時容量和充電瓦時容量;
g) 按式(1)分別計算每個電堆的能量效率;
注:對于大規模電池系統,考慮到測試的可操作性,可以選用單元電池系統代替電池系統整體進行測試。
(1)
式中:
ηstack,i——第i個電堆的能量效率;
Edn——電堆第n個充放電循環所放出的能量,單位為瓦時(W·h);
Ecn——電堆第n個充放電循環所消耗的能量,單位為瓦時(W·h)。
h) 按式(2)計算電堆性能極差系數。
(2)
式中:
κstack——極差系數;
ηstack,max——電池系統所有電堆中的能量效率最大值,%;
ηstack,min——電池系統所有電堆中的能量效率最小值,%;
ηstack,avg——電池系統所有電堆的能量效率的平均值,%。
8.1.1.2 電壓極差試驗
按照如下步驟進行電壓極差試驗:
a) 將電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以額定功率進行放電;
c) 每隔一定時間測量并記錄每個電堆的電壓Udn,且至放電末期測試點應不少于5個,每個測試點時間間隔應保持一致;
d) 電池系統繼續放電至放電截止條件;
e) 電池系統以額定功率進行充電;
f) 每隔一定時間測量并記錄每個電堆的電壓Ucn,直至充電末期測試點應不少于5個,每個測試點時間間隔應保持一致;
注1:建議放電末期的SOC為20%,充電末期的SOC為80%。
注2:測量間隔時間可由用戶和制造商協商確定。
g) 按式(3)分別計算電堆充電過程和放電過程的電壓極差并形成數據表格。
注3:對于大規模電池系統,考慮到測試的可操作性,可以選用單元電池系統代替電池系統整體進行測試。
△Ustack,n=Ustack,n,max—Ustack,n,min (3)
式中:
△Ustack,n——電池系統在第n個測試點的電壓極差;
Ustack,n,max——電池系統所有電堆在第n個測試點的電壓最大值,單位為伏特(V);
Ustack,n,min——電池系統所有電堆在第n個測試點的電壓最小值,單位為伏特(V)。
8.1.2 額定功率試驗
按NB/T 42040—2014中5.5的規定進行。
8.1.3 最大放電功率試驗
8.1.3.1 90%SOC最大放電功率試驗
按照如下步驟進行電池系統最大放電功率試驗:
a) 使電池系統處于90%SOC狀態;
b) 電池系統以恒定的最大功率進行放電,且放電時間不少于10 min;
c) 記錄b)步驟的放電功率。
8.1.3.2 50%SOC最大放電功率試驗
按照如下步驟進行電池系統最大放電功率試驗:
a) 使電池系統處于50%SOC狀態;
b) 電池系統以恒定的最大功率進行放電,且放電時間不少于10 min;
c) 記錄b)步驟的放電功率。
8.1.3.3 10%SOC最大放電功率試驗
按照如下步驟進行電池系統最大放電功率試驗:
a) 使電池系統處于10%SOC狀態;
b) 電池系統以恒定的最大功率進行放電,且放電時間不少于10 min;
c) 記錄b)步驟的放電功率。
8.1.4 最大充電功率試驗
8.1.4.1 90%SOC最大充電功率試驗
按照如下步驟進行電池系統最大充電功率試驗:
a) 使電池系統處于90%SOC狀態;
b) 電池系統以恒定的最大功率進行充電,且充電時間不少于10 min;
c) 記錄b)步驟的充電功率。
8.1.4.2 50%SOC最大充電功率試驗
按照如下步驟進行電池系統最大充電功率試驗:
a) 使電池系統處于50%SOC狀態;
b) 電池系統以恒定的最大功率進行充電,且充電時間不少于10 min;
c) 記錄b)步驟的充電功率。
8.1.4.3 10%SOC最大充電功率試驗
按照如下步驟進行電池系統最大充電功率試驗:
a) 使電池系統處于10%SOC狀態;
b) 電池系統以恒定的最大功率進行充電,且充電時間不少于10 min;
c) 記錄b)步驟的充電功率。
8.1.5 額定瓦時容量試驗
按照如下步驟進行電池系統額定瓦時容量試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以額定功率進行放電至30%SOC;
c) 繼續以額定功率的30%進行放電直至放電截止條件;
d) 放電過程中記錄電池系統的SOC;
e) 重復a)~d)步驟3次;
f) 記錄電池系統最后一次充放電循環的放電瓦時容量和輔助能耗;
g) 按式(4)計算電池系統的額定放電瓦時容量。
注1:對于大規模電池系統,考慮到測試的可操作性,可以選用單元電池系統代替電池系統整體進行測試。
Er=Esd—Wsd (4)
式中:
Er——電池系統的額定瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Esd——由測量儀器記錄的電池系統最后一次循環的放電瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Wsd——由測量儀器記錄的電池系統最后一次循環放電過程輔助設備所消耗的能量,單位為瓦時(W·h)。
注2:對于輔助能耗由液流電池自身供應的電池系統,測量儀器記錄的放電瓦時容量即為額定瓦時容量,即Er=Esd。
8.1.6 最大瓦時容量試驗
按照如下步驟進行電池系統的最大瓦時容量試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以某一小于額定值的恒定功率進行放電直至放電截止條件;
注:推薦的放電功率值為額定功率的30%。
c) 放電過程中記錄電池系統的SOC;
d) 記錄電池系統的放電瓦時容量和輔助能耗;
e) 按式(4)計算電池系統的最大瓦時容量。
8.1.7 電池系統額定能量效率試驗
按照如下步驟進行電池系統能量效率試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以額定功率進行放電直至放電截止條件;
c) 電池系統以額定功率進行充電直至充電截止條件;
d) 電池系統以額定功率進行放電直至放電截止條件;
e) 充放電時記錄電池系統的SOC;
f) 重復c)~e)步驟3次;
g) 記錄3次充放電循環的充放電瓦時容量和輔助能耗;
h) 按式(5)分別計算3次充放電循環的電池系統能量效率。
注1:對于大規模電池系統,考慮到測試的可操作性,可以選用單元電池系統代替電池系統整體進行測試。
(5)
式中:
η——電池系統額定能量效率,%;
Esd——由測量儀器記錄的電池系統的放電瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Wsd——由測量儀器記錄的電池系統放電過程的輔助能耗,單位為瓦時(W·h);
Esc——由測量儀器記錄的電池系統的充電瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Wsc——由測量儀器記錄的電池系統充電過程的輔助能耗,單位為瓦時(W·h)。
注2:對于輔助能耗由全釩液流電池自身供應的系統,測量儀器記錄的放電瓦時容量即為電池系統的放電瓦時容量,即 。
8.1.8 容量保持能力試驗
按照如下步驟進行電池系統容量保持能力試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以額定功率進行放電直至放電截止條件;
c) 電池系統以額定功率進行充電直至充電截止條件;
d) 電池系統以額定功率進行放電直至放電截止條件;
e) 充放電時記錄電池系統的SOC;
f) 連續重復c)~e)步驟99次;
g) 電池系統按8.1.5規定的方法進行放電瓦時容量試驗并記錄相關數據;
h) 按式(6)計算電池系統的容量衰減率。
注:對于大規模電池系統,考慮到測試的可操作性,可以選用單元電池系統代替電池系統整體進行測試。
(6)
式中:
R——電池系統容量衰減率,%;
Ed——電池系統凈放電瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Er——電池系統額定瓦時容量,單位為瓦時(W·h)。
8.1.9 低溫儲存性能試驗
按NB/T 42040—2014中5.8的規定進行。
8.1.10 高溫儲存性能試驗
按NB/T 42040—2014中5.9的規定進行。
8.1.11 過載能力試驗
8.1.11.1 充電過載能力試驗
按照如下步驟進行電池系統充電過載能力試驗:
a) 電池系統放電至0%SOC;
b) 電池系統以不低于1.1倍額定功率充電,充電時間不少于10 min;
c) 重復a)~b)步驟3次。
8.1.11.2 放電過載能力試驗
按照如下步驟進行電池放電過載能力試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以不低于1.1倍額定功率放電,放電時間不少于10 min;
c) 重復a)~ b)步驟3次。
8.1.12 狀態參數精度試驗
按照如下步驟進行狀態參數精度試驗:
a) 在電池系統設有電壓、電流和溫度傳感設備處安裝相應的電壓、電流和溫度測量儀器;
b) 啟動電池管理系統電源開關;
c) 電池管理系統采集傳感設備反饋的信號;
d) 計算步驟c)采集的數據與測量儀器實測數據之間的偏差。
8.1.13 SOC精度試驗
8.1.13.1 放電過程SOC精度試驗
按照如下步驟進行放電過程SOC精度試驗:
a) 電池系統充電至100%SOC;
b) 電池系統以恒功率進行放電直至放電截止條件;
c) 放電期間每隔10%SOC記錄一次電池管理系統顯示的SOC值,即SOCn,d;
注:記錄的SOC區間范圍為10%~90%。
d) 逐個記錄電池系統從每個顯示SOC值時刻至放電截止條件過程中所放出的瓦時容量En,d;
e) 按式(7)和式(8)計算放電過程的實際SOC值和SOC精度。
(7)
式中:
SOCr,n,d——電池系統放電過程的實際SOC值;
En,d——電池系統從第n個顯示SOC值時刻至放電截止條件過程中所放出的瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Emax,d——電池系統實際可放出的最大瓦時容量,單位為瓦時(W·h)。
σsoc,d=|SOCr,n,d—SOCn,d| (8)
式中:
σsoc,d——電池系統放電過程SOC精度;
SOCr,n,d——電池系統放電過程的實際SOC值;
SOCn,c——放電過程電池管理系統顯示的SOC值。
8.1.13.2 充電過程SOC精度試驗
按照如下步驟進行充電過程SOC精度試驗:
a) 電池系統放電至0%SOC;
b) 電池系統以恒功率進行充電直至放電截止條件;
c) 充電期間每隔10%SOC記錄一次電池管理系統顯示的SOC值,即SOCn,c;
注:記錄的SOC區間范圍為10%~90%。
d) 逐個記錄電池系統充電至每個顯示SOC值時刻所充入的瓦時容量En,c;
e) 按式(9)和式(10)計算充電過程的實際SOC值和SOC精度。
(9)
式中:
SOCr,n,c——電池系統充電過程的實際SOC值;
En,c——電池系統充電至第n個顯示SOC值時刻所充入的瓦時容量,單位為瓦時(W·h);
Emax,c——電池系統實際可充入的最大瓦時容量,單位為瓦時(W·h)。
σsoc,c=|SOCr,n,c—SOCn,c| (10)
式中:
σsoc,c——電池系統充電過程SOC精度;
SOCr,n,c——電池系統充電過程的實際SOC值;
SOCn,c——充電過程電池管理系統顯示的SOC值。
8.1.14 保護功能試驗
按照如下步驟進行故障診斷及處理功能試驗:
a) 開啟電池系統,使其處于運行狀態;
b) 向電池系統輸入過充電,過放電、欠電壓、過電壓、電解液溫度過高、電解液溫度過低,電解液泄漏等故障模擬信號;
c) 監測電池管理系統人機界面顯示的功能性數據。
8.2 安全性試驗
8.2.1 過充電試驗
按NB/T 42040—2014中5.10的規定進行。
8.2.2 過放電試驗
按NB/T 42040—2014中5.11的規定進行。
8.2.3 阻燃性能試驗
按NB/T 42040—2014中5.14的規定進行。
8.2.4 氫氣泄漏試驗
在確認安全措施得以保證后,按照如下步驟進行電池系統氫氣泄漏試驗:
a) 將氫氣濃度測試儀安裝于固定的測試位置;
注:推薦的測試位置為儲罐外三分之二高度處、電池系統最高點以及電池系統的狹小空間處。
b) 開啟氫氣濃度測試儀,設置檢測周期為30 s;
c) 電池系統充電至100%SOC。
8.2.5 絕緣電阻試驗
按NB/T 42040—2014中5.16的規定進行。
9 測試報告
測試報告參見附錄A。
附錄A
(資料性附錄)
測試報告
A.1 概述
根據所做試驗,測試報告應提供足夠多的正確、清晰和客觀的數據用來進行分析和參考。報告應包含第8章中所有的數據。報告有3種形式:摘要式、詳細式和完整式。每種類型的報告都應包含相應的標題頁和內容目錄。
A.2 測試報告內容
A.2.1 標題頁
標題頁應包括下列各項信息:
——報告編號(可選擇);
報告的類型(摘要式、詳細式和完整式);
——報告的作者;
——試驗者;
——報告日期;
——試驗的場所;
——試驗的名稱;
——試驗日期;
——電池系統制造商的名稱;
——試驗申請單位。
A.2.2 目錄
每種類型的報告都應提供一個目錄。
A.2.3 測試報告形式
A.2.3.1 摘要式報告
摘要式報告應包括下列各項信息:
——試驗的目的;
——試驗的種類、儀器和設備;
——試驗的條件(包括電解液溫度);
——所有的試驗結果;
——結論。
A.2.3.2 詳細式報告
詳細式報告除包含摘要式報告的內容外,還應包括下列各項數據:
——儀器和設備的安排、布置和操作條件的描述;
——儀器設備校準情況;
——用圖或表的形式說明試驗結果;
——試驗結果的討論分析。
A.2.3.3 完整式報告
完整式報告除了包含詳細式報告的內容外,還應有原始數據的副本。