朱明海，付冰冰，郭云龙
（1. 华富（江苏）锂电新技术有限公司，江苏 扬州 225600；
2. 江苏华富储能新技术股份有限公司，江苏 扬州 225600；
3. 沈阳蓄电池研究所，辽宁 沈阳 110000）
2005 年之前，储能用蓄电池运行工况是以光伏离网型应用为主，而光伏并网型应用还处于试验和示范阶段。所以，《太阳能光伏能量系统用蓄电池和蓄电池组 一般要求和测试方法》（IEC 61427: 2005）和《储能用铅酸蓄电池》（GB/T 22473—2008）的应用范围泛指光伏离网型应用。2013 年，国际电工委员会（IEC）颁布《再生储能用二次电池和电池组—一般要求和测试方法 第 1部分：光伏离网应用》（IEC 61427-1: 2013），代替 IEC 61427: 2005，构成技术修订版。同时，新制定了《再生储能用二次电池和电池组—一般要求和测试方法 第 2 部分：并网应用》（IEC 61427-2:2013）[1]。
国内现行标准《储能用铅酸蓄电池》（GB/T 22473—2008）已经滞后于储能产业发展的速度，不能引导储能用蓄电池制造企业技术升级、指导用户开展技术选型以及运行维护。储能用蓄电池的产品范围已经由原来单一的铅酸蓄电池转变为覆盖铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池。同时，该标准技术条件不适用于光伏并网应用的储能蓄电池。在此背景下，国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会于 2021 年 12 月 31 日发布了《储能用蓄电池 第 1 部分：光伏离网应用技术条件》（GB/T 22473.1—2021），用以代替标准《储能用铅酸蓄电池》（GB/T 22473—2008）[2]。
《储能用蓄电池 第 1 部分：光伏离网应用技术条件》（GB/T 22473.1—2021）对应于《再生储能用二次电池和电池组—一般要求和测试方法 第 1部分：光伏离网应用》（IEC 61427-1: 2013），但与其在一致性程度上并非等效，而是按照我国国情对部分章、节进行重新编排。GB/T 22473.1—2021增加和修改的技术内容详见表 1 和表 2。
表1 GB/T 22473.1—2021 增加的技术内容
表2 GB/T 22473.1—2021 修改的技术内容
《储能用蓄电池 第 1 部分：光伏离网应用技术条件》（GB/T 22473.1—2021）与《储能用铅酸蓄电池》（GB/T 22473—2008）相比，除了结构调整和编辑改动外，主要技术变化如下。
2.1 增加镍氢电池和锂离子电池标准内容
每个时期发布的标准都会反映出储能行业的阶段性特点。2008 年颁布的 GB/T 22473—2008《储能用铅酸蓄电池》对应于 IEC 61427: 2005《太阳能光伏能量系统用蓄电池和蓄电池组 一般要求和测试方法》。当时储能装置仅限于铅酸蓄电池，而镍氢电池和锂离子电池应用范围还没有拓展到储能领域。GB/T 22473.1—2021《储能用蓄电池 第 1 部分：光伏离网应用技术条件》，在铅酸蓄电池的基础上，增加了镍氢电池和锂离子电池标准内容。这种不同电化学体系的综合标准，既要考虑技术条件、试验方法和检验规则的通用性，又要统筹差异性部分内容表述的深度和广度统一性，以保持标准文本格式的流畅、规范[4]。
2.2 增加充电效率
2.2.1 技术要求
光伏离网应用的储能蓄电池和公共电网没有电气连接，所以充电能量只能来源于光伏发电。由于光伏电源的发电量受光照辐射量、环境温度等客观条件影响，有时候蓄电池的充电量并不富裕，甚至会出现充电不足的情况。如果发电量相同，那么充电效率越高，充入蓄电池的能量就越多。对于光伏离网应用的储能蓄电池，充电效率是重要技术条件，和充电过程的极化、充电恒流比及充放电过程的电化学转换效率有关。图 1 列出了标准中各型蓄电池 90 % 荷电态（SOC）、75 % 荷电态和 50 % 荷电态对应充电效率的技术标准。从图 1 可以看出，在相同荷电态下，锂离子电池的充电效率最高，镍氢电池次之，而铅酸蓄电池最低。对于同一类型蓄电池，SOC 越低，充电效率越高。
图1 不同 SOC 对应充电效率
2.2.2 试验方法
IEC 61427-1: 2013 标准将充电效率定义为：蓄电池放电期间输出的容量（Ah）与在特定条件下恢复初始充电状态所需的容量（Ah）之间的比率。不同于铅酸蓄电池和锂离子电池的恒流限压充电模式，镍氢电池具有记忆效应，每次充电前必须先放空电。如果按照铅酸蓄电池或锂离子电池的试验方法，镍氢电池不同 SOC 条件下的充电效率实际都是满放满充条件下的充电效率。而且，如果镍氢电池采用恒流定电量充电模式，充电效率就是一个固定值，并不能真正反映充电过程的极化、充电恒流比及充放电过程的电化学转换效率。因此，GB/T 22473.1—2021 标准对镍氢电池的充电效率试验方法单独进行了表述：
① 试验用镍氢电池应符合第 5.4.2 条款规定，并记录实际放电容量 Ce。
② 镍氢电池以 I5（A）电流恒流放电至放电截止电压，搁置 1 h。
③ 镍氢电池以 I5（A）电流恒流充电至实际放电容量 Ce的 90 % 停止。然后，搁置 1 h，再以I5（A）电流恒流放电至放电截止电压，记录放电容量 Ce1。
④ 重复上述步骤③，镍氢电池以 I5（A）电流分别恒流充电至实际放电容量 Ce的 75 %、50 % 时停止，并记录对应放电容量 Ce2、Ce3。
⑤ 按公式
分别计算 90 % SOC、75 % SOC、50 % SOC 荷电条件下蓄电池的充电效率 η。式中：η—充电效率；
Cax—90 % SOC、75 % SOC、50 % SOC 荷电态对应的充电容量 90 % Ce、75 % Ce、50 % Ce；
Cex—90 % SOC、75 % SOC、50 % SOC 荷电态对应的放电容量 Ce1、Ce2、Ce3。
2.3 增加过充电能力、过放电能力
光伏发电具有间歇性、不稳定性与不可控的特点。在晴朗的夏天，由于太阳光照强度大、时间长，光伏电源日发电量大于负载用电量，导致蓄电池有过充电风险。反之，在多云天气或连续阴雨天，光伏电源日发电量小于负载用电量，使蓄电池有过放电的隐患。IEC 61427-1: 2013 中第 4.4.5 条款（季节性循环）、第 4.4.11 条款（充电控制）和第 5.3 条款（深度放电保护），都对蓄电池的过充电、过放电有描述。蓄电池过度充电、深度放电时存在容量损失、热失控隐患[5]，特别是镍氢电池和锂离子电池。镍氢电池和锂离子电池的电器件由电池模块、管理保护装置两部分组成。一旦管理保护装置失效，电池模块存在起火、爆炸等安全风险。
镍氢电池和锂离子电池模块是由电池单体采用串联、并联或串并联连接方式，且只有一对正负极输出端子的电池组合体。当电池模块充电或放电至任一串电池过充或过放保护电压阈值时，并联的管理保护装置就会启动保护功能，断开功率回路，阻止过度充电或放电，因此无法真正实现对电池模块的过充电能力或过放电能力试验。如果在试验前断开或去除管理保护装置，就需要拆开电池模块的外壳，并且需要由专业的技术人员来操作，给检测机构带来难度，所以标准规定过充电能力和过放电能力试验应在蓄电池单体上进行。而且特别强调，试验应在有充分安全保护的环境条件下进行[6]。
2.4 删除充电接受能力
GB/T 22473—2008《储能用铅酸蓄电池》中关于充电接受能力试验方法的规定是，50 % 荷电态的铅酸蓄电池在 0 ℃ 环境下，以 2.40 V/单体恒压充电，而且要求第 10 分钟的电流值不低于2I10（A）。而 IEC 61427-1: 2013 中第 4.4.3 条款对典型充电和放电电流规定的是蓄电池的最大充电电流 I20（A）。可见，这两个标准是相矛盾的。离网型应用的储能用铅酸蓄电池适用于低倍率浅循环的能量型使用工况，因此正常充电电流范围是 I10（A）～I120（A）。显然，GB/T 22473—2008 中充电接受能力试验要求的充电电流已经超过了储能用铅酸蓄电池允许的充电电流上限。
充电接受能力技术条件源自起动用铅酸蓄电池，根据互联网上信息可以追溯到 GB 5008.1—91《起动用铅酸蓄电池 技术条件》，重点考核起动用铅酸蓄电池在低温环境下接受充入电量的能力。GB/T 22473—2008 技术条件相当于将充电接受能力的标准指标提高了 1 倍，所以正常情况下大多数企业的产品很难通过这一项检测。由于 GB/T 22473—2008 的充电接受能力试验方法中，充电电流值是以额定电流为基准，生产企业普遍采用“以大容量电池标称小容量”的方法，使其生产的储能用铅酸蓄电池勉强通过第三方对充电接受能力的检测项目。
充电接受能力的技术条件和试验方法对镍氢电池和锂离子电池同样不适用。50 % 荷电态的镍氢电池和锂离子电池在 0 ℃ 环境下接受充入电流的能力大于光伏离网系统储能端的最大充电电流。
2.5 修改循环耐久性
由于光伏离网应用属于浅循环使用，储能用蓄电池的日放电深度不足 30 %，但荷电状态的波动范围是 0～100 %，所以日充入电量受制于光伏电源发电量。光伏电源和发电量受光辐照度、日照时间、环境温度及气象条件等因素影响。夏季光伏发电量富裕，所以蓄电池在 80 %～100 % 的高荷电状态运行。由于冬季光伏发电量少，蓄电池荷电状态可下降至 20 %，甚至更低，导致循环将在低荷电状态下进行。
GB/T 22473.1—2021 标准依据 IEC 61427-1:2013 技术修订条款，对 GB/T 22473—2008 中循环耐久能力的技术条件、试验方法和检验规则做了对应修改，详见表 3。
表3 循环耐久能力修订内容
循环耐久性试验是一项模拟加速试验，要求整个试验过程中，蓄电池周围环境温度保持在 40 ℃ ±3 ℃。试验过程包括两个阶段：第一阶段，10 % 荷电态蓄电池以 0.103C（A）充电 3 h 后，转以 0.1C（A）放电 3 h 为 1 个循环，重复循环 49 次；
第二阶段，100 % 荷电态蓄电池以 0.125C（A）放电 2 h 后，转以 0.1C（A）恒流限压充电 6 h 为 1 个循环，重复循环 99 次。该过程模拟了蓄电池在光伏离网系统的极端应用条件。第一阶段模拟在冬季低荷电状态（10 %～40 %）下浅循环 50 次。第二阶段模拟在夏天高荷电状态（75 %～100 %）下浅循环 100 次。这两个阶段组成 1 个周期（共计循环 150 次），折合使用寿命 1 a。每个周期结束后进行一次剩余容量检测。如果实际容量大于额定容量的 80 %，则进行下 1 个周期试验。标准要求循环周期不少于3 个。
与 GB/T 22473—2008《储能用铅酸蓄电池》相比，GB/T 22473.1—2021《储能用蓄电池 第 1 部分：光伏离网应用技术条件》在技术条件上新增了 5 项、修改了 3 项、删除了 2 项[7]。这对目前国内储能用蓄电池产品技术水平的提高及用户对该类产品的认识起到了指导作用，同时实现了中国储能用蓄电池产品标准与国际标准的接轨，对提高中国储能用蓄电池在国际市场的竞争力起到了积极促进作用。由于首次将不同电化学体系的蓄电池编制在一个标准里面，GB/T 22473.1—2021 可能在某些具体内容操作上还存在着不完善之处。因此，希望各企业在标准实施过程中及时向全国铅酸蓄电池标准化技术委员会反馈信息，以使 GB/T 22473.1—2021《储能用蓄电池 第 1 部分：光伏离网应用技术条件》不断地得到完善，使其更加具有先进性、适应性和适用性[8]。
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