【政策法规】储能用锂离子电池系统安全通用技术规范（讨论版）

储能用锂离子电池系统安全通用技术规范总结

核心内容概述

本标准为储能用锂离子电池系统的安全通用技术规范，涵盖安全测试、电池管理系统的异常保护功能及故障诊断能力测试方法，以及安全量化分级表征规范。适用于数据中心储能、通信基站储能、不间断电源、电力储能、分布式微网储能、工商业储能和户用储能等应用场景。标准旨在确保电池系统在正常和可预见滥用条件下运行的安全性，同时对电池管理系统（BMS）的功能进行详细规定。

主要观点

• 安全等级划分：根据电池系统在测试过程中出现的危害现象，将安全等级划分为0到6级，分别代表无危害、低危害、中低危害、中等危害、高危害和严重危害。
• 安全测试要求：包括环境及可靠性测试、安全试验（如过充、过放、过流、短路、热失控扩散等）和BMS功能测试。
• BMS功能要求：BMS需具备电压、电流、温度等参数的监测、故障诊断、安全预警、过压/过流/过热保护、均衡等功能，且需满足特定的精度和响应时间要求。
• 测试条件：规定了标准充放电条件、测试环境（温度、湿度、大气压力）以及测试设备的精度要求。
• 安全运行范围：电池系统需在制造商规定的安全运行范围内工作，包括温度、电压和电流等参数。
• 质量规划：电池系统制造商需制定并实施质量规划，确保产品在整个生产过程中符合安全要求。
• 试验方法：包括耐压测试、低气压测试、盐雾测试、高温高湿测试、温湿度交变测试、运输和安装跌落测试、热失控扩散测试等。
• 安全预警等级：根据BMS提前预警热失控的时间分为天级、小时级、分钟级和无预警，分别对应不同的预警能力要求。
• 发烟量测试方法：通过傅里叶变换红外光谱仪测量试验前后透射光强度信号，计算烟雾释放速率（SRR）。

关键信息

一、术语与定义

• 锂离子电池：通过锂离子在正负极间移动实现电能与化学能转化的装置。
• 电池模块：由多个电池串联或并联组成的装置，可能包含保护装置和监控电路。
• 电池组：由电池或电池模块电气连接组成，包含保护和监控装置。
• 电池系统：由电池、电池模块、电池组组成，包含BMS、功率转换、冷却系统等。
• BMS：与电池模块或电池组连接，具备监测、保护和通信功能的装置。
• 安全：无不可接受的风险。
• 热失控：电池内部产热速率大于散热速率，导致温度失控，可能引发起火、爆炸等。
• 预期应用：按照制造商提供的规格书或说明书进行应用。
• 可预见滥用：超出预期应用范围但可预见的人为使用方式。

二、安全等级描述

三、BMS安全预警等级

四、BMS功能要求

• 采集功能：监测电池总电压、电流、温度等参数。
• 故障诊断、上报及保护功能：需具备过压、欠压、压差过大、过流、过温、过低温、绝缘故障、通信故障等诊断功能。
• 自检功能：初步筛查和识别严重功能异常。
• 信息交互功能：与PCS、监控系统、温控系统等进行通信，采用RS-485/CAN等接口。
• 均衡功能：多级均衡，SOC差异 ≤3%，电池电压差异 ≤20mV。

五、状态参数测量精度

• 总电压：±1% FS
• 总电流：±1% FS
• 电池电压：±0.2% FS，最大误差 ≤5mV
• 温度：
  • -20°C~65°C：±1°C
  • -40°C~ -20°C及65°C~125°C：±3°C
• SOC估算：累积误差 ≤5%

六、安全试验方法

• 过充电测试：充电至200% SOC或电池最高电压1.5倍，触发保护或其它风险。
• 过放电测试：放电至截止电压，持续90分钟或触发保护。
• 过电流测试：充电至120%最大电流，触发保护或持续1小时。
• 短路测试：短路持续6小时或电池温度恢复至室温±10°C。
• 部分短路测试：短路相邻电池，持续6小时或温度恢复。
• 不均衡充电测试：一个模块放电至0% SOC，其余模块充电至保护动作或满电态。
• 运输跌落测试：从1.2米高度跌落两次。
• 安装跌落测试：从1.5、2、2.5米高度跌落，按最严酷面进行。
• 热失控扩散测试：通过加热、过充、针刺等方式触发热失控，观察扩散情况。

七、试验条件

• 温度：测试室温范围 25°C ±5°C
• 湿度：工作相对湿度范围 15%~90%
• 大气压力：70kPa~106kPa
• 测试仪器精度：
  • 电压：±1% FS
  • 电流：±1% FS
  • 温度：±1°C
  • 时间：±0.1%
  • 质量：±1%
  • 尺寸：±1%

八、抽样及检测规则

附录要点

• 附录A：安全使用范围，包括充电和放电条件，规定了电池的温度和电压范围。
• 附录B：发烟量测试方法，通过傅里叶变换红外光谱仪测量透射光强度，计算SRR。
• 附录C：BMS故障告警功能测试方法，包括告警阈值和回差测试。
• 附录D：电池系统结构形式，描述了BMS在电池组或系统中的分布。
• 附录E：电池系统安全评估表，根据测试结果进行评分，评估系统安全性。

总结

本规范为储能用锂离子电池系统的安全设计、测试和评估提供了全面的指导，强调在正常使用和可预见滥用条件下的安全性。通过分级安全等级和详细的测试方法，确保电池系统在各种环境下均能安全运行。BMS作为关键安全组件，需具备多种保护和预警功能，并满足特定的精度和响应时间要求。规范还明确了测试条件、试验方法及质量规划要求，为电池系统制造商和使用者提供了统一的技术标准和操作指南。