储能电池与检测认证

文/王婷婷 陈苏声 张永明

储能电池与检测认证

文/王婷婷 陈苏声 张永明

储能电池是新能源产业链中的重要一环，市场前景良好。本文主要分析了储能电池产业的现状与未来发展趋势、国内外检测认证机构现状，汇总了相关的检测标准与规范，并针对相关关键检测项目，指出了检测试验室建设中需要注意的问题，为相关科技工作者提供参考。

储能电池 检测 认证

低碳经济在全球兴起，环境保护引起世界各国的高度重视，大功率动力电池应运而生。锂离子电池、镍氢电池和燃料电池蓬勃发展，电动汽车成为备受社会关注的新兴产业。储能电池的应用很广泛，包括日常生活中手机、相机的锂电池，存储风能、太阳能的大型储能电池，对电网和交通影响巨大。目前，用于规模储能的技术主要有抽水储能、压缩空气储能、液流电池、钠硫电池以及铅酸电池等，相对而言，储能电池的使用更为方便。

得益于材料工业的迅猛发展，储能电池前景光明。一方面是由于资源短缺和环境问题。随着国家科技和社会的发展、人民生活水平的提高，能源和环境问题越来越受到关注，能源方面供需矛盾日益凸显，化石能源的短缺和造成的环境破坏使关注点转向了风能、太阳能、海洋能这些可再生资源。然而风能、太阳能及海洋能等可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控特性，需要开发和建设配套的电能储存（以下简称“储能”）装置来保证发电、供电的连续性和稳定性，且大规模的储能技术在电力工业中用于电力的“削峰填谷”，将会大幅度改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。另一方面则是未来发展趋势。未来三大新兴产业——新能源、智能电网和电动汽车的发展瓶颈都指向了同一项技术：储能材料（储能电池）技术。目前，储能技术的发展相对落后，许多国家都将大规模储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术。

一、产业发展状况

新能源的发展日益加速，而储能材料却成为制约各国新能源发展的技术瓶颈，各国对其都相当重视。2011年美国能源部在发布的“美国2011—2015年储能规划”中明确了对液流电池、钠基电池、锂离子电池、先进铅碳电池等储能技术的近期和远期发展目标。同年2月，美国能源部宣布投资1.2亿美元建设先进电池储能创新中心，加快用于交通和电网的电池储能技术的研究与开发。与此同时，欧盟、韩国和日本等国家也都设立专项经费以支持储能技术的研究与开发。国际电工委员会（IEC）在其2010年～2030年白皮书——《应对能源挑战》中指出，“电能存储技术（分散方式结合适当集中，或有能源系统接口的大规模存储）将起到举足轻重的作用。它可以平滑风能或太阳能发电的间歇，并使用户能够通过本地能源管理系统优化能源消耗和本地发电”。

我国政府对于新能源产业的重视始于2001年，主要是针对可再生能源的发电采取了税收优惠政策。2006年，加快发展新能源被提到了一个战略高度，先后出台了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《可再生能源法》，在中长期发展规划中提出，到2020年我国可再生能源在能源结构中的比例争取达到16%。2007年，出台了《能源发展“十一五”规划》。2009年1月，财政部、科技部联合发布《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》。同年3月，国务院办公厅发布《汽车产业调整和振兴规划》，提出将电动汽车产销形成规模，改造现有生产能力，形成50万辆新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销量总量的5%左右。2010年我国新能源汽车市场全面启动，目前推广城市已经扩大到13个。2012年6月，国务院发布《关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012－2020年）的通知》。依据科技部的规划，至2015年，我国动力电池总产能要达到100亿Wh，汽车电池成本要降至1.5元/Wh的水平，同时电池组能量密度提高到120 Wh/kg，使用温度范围在－25～60℃，电池组的循环寿命提高到2 000次以上。工信部的目标是：2015年电动汽车需要的能量型动力电池模块150亿Wh/年、功率型30亿Wh/年（均指累计量）。在总体目标方面，二者基本一致，就是到2015年，汽车动力电池不依靠国家财政补贴也能保持盈亏平衡的水平。现有的电池按种类可分为下面3种：

铅酸蓄电池是当前技术成熟、产量最大、使用最广泛的电池。据不完全统计，全球铅酸蓄电池销售额达350亿美元，我国是全球铅酸蓄电池产销大国，2005年销售额达到150亿人民币。近年来，我国铅酸蓄电池行业稳步增长。2005年～2010年，我国铅酸蓄电池产量年复合增长率16.8%，年销售额复合增长率34.8%，出口额年复合增长率16.7%。在蓄电池行业，铅酸蓄电池是唯一需生产许可证的产品，全国共有生产厂家1 480家，铅酸蓄电池全国发证检验单位有17家，全项发证检验单位有13家。

锂离子电池以其能量密度和功率密度较大，无记忆效应、自放电较小以及循环寿命长等特点而渐渐成为动力电池的主流选择之一。锂离子电池尚未列入国家工业产品生产许可证发证产品名录。我国锂离子电池产业起步晚于日本，但发展迅速，在动力锂离子电池的研发上投入大量的财力、物力。国家“863”计划投入了电动汽车重大专项，中科院物理所、北京有色金属研究院、中国电子集团研究公司等单位参加了该项目，分别开发了电动汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）两类动力电池。在产能分布方面，我国锂离子电池的生产厂家主要集中在广东、山东、江苏、浙江和天津等地，其中广东约占总产量的三分之一以上，大多集中在深圳、东莞和中山等地。锂离子电池主要生产厂商有比亚迪股份有限公司、深圳比克科技有限公司和深圳邦凯科技有限公司等，并已在全球锂电池市场占有相当的市场份额。

镍氢电池由于其技术成熟，安全性较好，是锂离子电池的有力挑战者。由于标准滞后，我国企业之间竞争激烈，据不完全统计，2009年镍氢电池产能约有11亿只。燃料电池能量密度极高，接近于汽油和柴油的能量密度，几乎是零污染，号称“终极电池”，是氢的理想转化装置，是氢应用的关键技术，有助于解决能源安全和环境问题，代表着电动车未来的发展方向，得到了全球的高度重视，也是各国重点研发的领域之一。在我国，燃料电池得到了较快发展。目前，国内一辆轿车所用燃料电池的成本约在100万人民币左右，北京引进的3辆“零排放”燃料电池公交车，每辆成本更是高达千万。由于成本太高，燃料电池目前离产业化还有较长的路要走。

据不完全统计，全国动力电池生产厂家不少于2 000家（已获铅酸蓄电池生产许可证企业1 486家，其他电池生产企业500余家），受政策引导和市场需求的驱动，生产厂家和产能还会不断攀升。

二、检测认证情况

目前，国内对于电池的认证尚未出台。主要的认证还是国外的，主要包括UL、CB、CE、TUV和PSE等。国内主要的电池检测机构有：201所和中国电子科技集团公司第十八研究所（在电池检测方面实力最强），但对于锂电池也只能做200 Ah以下产品，对锌空气电池、燃料电池也仅处于研发阶段；沈阳蓄电池研究所只能对铅酸蓄电池进行检验；国家电动自行车产品质量监督检验中心只能对电动自行车用小电池进行检验；国家客车质量监督检验中心和国家汽车质量监督检验中心（襄樊）虽然取得了相应的检测资质，但对电池的检验能力都极为有限；国家轻型电动车及电池产品质量监督检验中心的相关电池业务主要为较小的电动自行车和轻型电动车用动力电池；国家新能源机动车产品质量监督检验中心是目前我国唯一开展新能源机动车及其零部件产品检验的专业检测技术机构，可以开展新能源汽车、关键零部件、电池、电控系统和电机系统的各项检测。综上所述，动力电池产品质量综合检验机构在全国尚无一家，部分检验项目和参数分布在全国十多个检验机构，大部分动力电池产品的质量、安全性检验，特别是高电压、大电流和防爆等试验在国内仍处于空白。

三、相关标准与关键检测项目

汽车动力电池系统一般有一个或多个电池箱或者电池包组装而成，而电池箱内一般由一些电芯通过串并联组成的模块（model）叠加而成，所以电池检测分为单体电芯检测、电池模块检测和电池箱检测3部分来进行。

单体电芯的检测分为厂家标注、电性能检测、机械性能检测和环境测试四大项目，共20小项的检测。其中，厂家标注主要包含了外观、极性、外形尺寸以及重量4个项目；电性能检测主要包括放电性能（高温，常温，低温）、倍率放电性能、荷电存储及恢复能力（常温，高温）、过放电试验、过充电试验、短路试验6个试验项目；机械性能测试包括机械冲击测试、针刺试验、挤压试验、跌落试验及震动试验5个项目；环境测试则包含了热滥用测试、荷电保持及恢复能力、温度循环测试、高温高湿测试和燃烧测试5个项目。

电池模块的检测分为厂家标注、电性能测试、机械性能测试和环境测试四大项目，共18个小项的检测。其中厂家标注主要包含外观、极性、外形尺寸、重量4个实验项目；电性能测试包含放电性能、温度测试、过放电试验、过充电试验、短路测试、循环寿命、简单模拟工况7个实验项目；机械性能测试包含震动试验、挤压试验、针刺试验、机械冲击测试4个实验项目；环境测试则包括高温存储、高温高湿和冷热交变3个实验项目。

电池箱的检测分为厂家标注、电性能测试、机械性能测试和环境测试四大项目，共19个小项的检测。其中厂家标注主要包含外观、极性、外形尺寸、重量4个实验项目；电性能测试包含放电性能、温度测试、过放电试验、过充电试验、部分短路测试、不正常充电、循环寿命、简单模拟工况、绝缘耐压测试以及绝缘阻抗测试10个实验项目；机械性能测试包含震动试验、跌落试验2个实验项目；环境测试则包括浸润测试、盐喷雾测试以及冷热交变3个实验项目。相关检测标准见表1。

四.总结与展望

本文主要分析了储能电池产业的现状与未来发展趋势、国内外检测认证机构现状、相关关键检测项目，汇总了相关的检测标准与规范，为相关科技工作者提供参考。在检测平台的建设中，各类储能电池的检测项目与要求基本相同，因此一个检测认证平台可供多种电池使用。由于锂离子电池化学特性比较活泼，所以相关试验室及其辅助设施一定要满足防爆要求。目前，锂离子电池的相关国家和行业标准尚未出台，仅有一些企业标准，但是从检测平台建设的长远发展看，考虑防爆条件是非常必要的。

Storage battery is an important part of the new energy industry chain that has good market prospects.The current situation and future development of the storage battery industry,as well as the status of testing and certification agencies in the world,are analyzed in this paper.A summary of the relevant testing standards and an analysis of critical test items are also provided in the paper.It will serve as a reference for the fellow scientists and engineers.

Storage battery;Test;Certification

表1 试验标准一览表

（作者单位：上海市质量监督检验技术研究院）