太阳能光伏电池标准IEC61427-2005(中文版).pdf

国际标准 IEC 61427 第 2 版2005.5 光伏太阳能系统（ PVES）储能二次电池和电池组 一般要求和试验方法IEC61427 2005 译文2/14 目录前言1． 适用范围2． 标准性参考文献3． 术语和定义4． 使用条件4． 1 光伏能源系统4． 2 二次电池和电池组4． 3 通用运行条件5． 一般要求5． 1 机械耐受性5． 2 充电效率5.3 深放电保护5． 4 标记5． 5 安全5． 6 文件6． 功能特性7． 通用试验条件7． 1 测量仪表精度7． 2 测试样品的准备和维护8． 试验方法8． 1 容量实验8． 2 循环耐久试验8． 3 荷电保持试验8． 4 光伏用途循环耐久试验（极端条件）9． 试验的推荐采用9． 1 型式试验9． 2 验收试验IEC61427 2005 译文3/14 前言1） 国际电工技术委员会（ International Electrotechnical Commission IEC）是一个全球性的、包括所有国家的电工技术委员会（ IEC 国家委员会）的标准化组织。IEC 的目的是推进所有电气和电子领域有关标准化方面的国际合作。为此目的，除了其它的活动之外， IEC 出版国际标准、技术规范、技术报告、公开可获得的规范和指导（下称 IEC 出版物） 。出版物的准备都是委托各技术委员会进行；任何 IEC国家委员会对于所涉及的出版物感兴趣都可以参加准备工作。在出版物的准备过程中，与 IEC 有联系的国际的、政府的和非政府组织也可以参加。 IEC 与国际标准化组织（ International Organization for Standardization ---ISO ） 按照两个组织一致同意的条件密切合作。2） IEC 对于技术问题所作出的结论和决议都尽可能地代表了相关问题国际上的一致意见，因为每一个技术委员会都有来自所有感兴趣的 IEC 国家委员会的代表。3） IEC 出版物的形式为国际上推荐采用， 而且在这个意义上也已被 IEC 各国家委员会所接受。尽管已经尽力做到 IEC 出版物的技术内容准确无误，但 IEC 不能对其使用的方式或最终用户的误解负责。4）为了促进国际上的一致性，所有 IEC 国家委员会都承诺在其国家的或地区的出版物中尽最大可能的明确使用 IEC 出版物。 IEC 出版物和国家的或地区的出版物之间的任何差异都需要在后者的出版物中予以明确标明。5） IEC 不提供其认可的程序，也不对任何声称符合 IEC 出版物的设备负责。6）所有用户都应确保他们所持有的是最新版本。7）对于由于使用或信任本出版物或其它 IEC 出版物所导致的任何人身伤害、财产损失或其它任何性质的损害 不论是直接的还是间接地 或者其它的费用（包括法律费用）和开销，都与 IEC 或其经理、雇员、服务人员或代理 包括个体的专家和技术委员会以及 IEC 国家委员会的委员无关。8）注意该出版物引用的参见标准。对于正确使用本出版物，使用这些参见出版物是必须的。9）注意本出版物的某些内容可能是专利权的标的。 IEC 没有责任标明任何或所有这些专利权。IEC 61427 标准由 IEC 21 技术委员会 二次电池和电池组 准备。该第 2 版取代了 1999 年公布的第一版。该版本包括了一些技术方面的修改。第二版在该文件第一版本的基础上重新组织，在使用条件、一般要求、功能特性、通用试验条件、试验方法以及试验的推荐采用等方面更加清晰，目的是让最终用户更容易理解。试验方法在两种不同的技术 铅酸和镍镉 方面都给予了详细清楚地解释。该标准的内容以下述文件为基础关于该标准的批准投票详细情况可以在上表中示出的投票报告中去查找。该出版物的起草根据 ISO/IEC Directive Part 2 进行。IEC61427 2005 译文4/14 委员会决定，该出版物的内容保持不变，直至 IEC 网站（ http//website.iec.ch ）与本出版物相关的资料显示的维护结果日。在该日期，本出版物可能会重新认可；收回；由更新版本代替；订正。IEC61427 2005 译文5/14 1． 适用范围该标准提供了有关用于光伏电源系统（ PVES）二次电池要求的通用资料和用于验证电池性能所使用的典型试验方法。该标准不涉及有关电池的选型、充电方法或光伏电源系统设计的特殊信息。注本标准适用于铅酸电池和镍镉电池。还希望能通过本标准的修订以包括其它可能采用的电化学系统。2． 标准性参考文献下述参考文件对于本标准的应用是必须的。对于有日期的文献，则只是该版本适用。对于没有标明日期的，则最新版本（包括任何修订）适用。IEC 60050－ 482 2004， 国际电化学词汇（ IEV） part 482 一次和二次电池和电池组。IEC60622，碱性或其它非酸性电介质的密封式镍镉柱状二次单体电池和电池组。IEC60623，碱性或其它非酸性电介质的排气式镍镉柱状二次单体电池的电池和电池组。IEC60721－ 1，环境条件分类第一部分环境参数及其影响程度。IEC60896－ 11，固定型铅酸蓄电池第 11 部份，排气式一般要求和试验方法；IEC6096－ 21， 固定型铅酸蓄电池第 21 部份，阀控式试验方法。IEC61056－ 1， 一般用途的铅酸蓄电池 （阀控式） 第 1 部份， 一般要求、 功能特性试验方法。IEC 61839，太阳能光伏能源系统术语和符号。IEC62259， 碱性或其它非酸性电介质的二次单体电池和电池组带有部份气体再化合功能的柱状镍镉二次单体电池。3． 术语和定义IEC 60050－ 482 所规定的二次电池和电池组的定义和术语、 IEC61836 规定的光伏发电系统的定义和术语适用于本标准。4． 使用条件IEC61427 2005 译文6/14 本款规定了光伏系统用途二次电池所经受的特殊运行条件。4． 1 光伏能源系统备有适用于本标准的光伏能源系统可以向所连接的设备提供恒定的、 可变的或间断的电源。该系统可以包括混合的或与电网相连的系统。连接着的设备可以是泵、冰箱、照明系统、通讯系统等。4． 2 二次电池和电池组用于光伏能源系统的主要二次电池和电池组可能是下列类型排气式的（富液的） ；阀控式的，包括部份气体再化合式的；气密式的（仅适用于镍镉电池） 。这些二次电池或电池组通常是以下述条件供货放完电的并排干过的（仅适用于镍镉电池） ；灌好电介质并荷电的；干荷电、不带电解液的（仅适用于铅酸电池） ；放完电并灌好电介质的（仅适用于镍镉电池） 。为了能获得最佳使用寿命，电池的初充电必须遵守电池生产厂家的使用说明。4． 3 通用运行条件在一般的天气条件下运行的典型的光伏太阳能系统的电池可能会遇到下述运行条件4． 3． 1 自维持时间电池的设计需在规定的条件下提供一定时间的电源，通常是 3 天到 15 天，可能有或没有太阳光的照射。注当计算电池所需容量时，需考虑下述因素所需要的每天一次的 / 季节性循环（可能要受最大放电深度的限制） ；到达现场所需的时间；时效；运行温度；负载的未来增加。4． 3． 2 典型的充放电电流光伏发电装置所产生充电电流和负载所决定的放电电流见表 1 示。IEC61427 2005 译文7/14 表 1充放电电流铅酸电池 镍镉电池光伏发电装置所产生的充电电流最大充电电流 I 20＝ C20/20h I 20It/20 平均充电电流 I 50C50/50 I 50It/50 负载决定的放电电流平均放电电流 I 120C120/120h I 120＝ It/120 注 1根据系统的设计，比如混合系统，充放电电流可能会有很大差别。注 2对于某些系统，提供负载电流的同时电池也在充电；注 3铅酸电池Cn 是额定容量 Ah ；n， 标称容量的时间基础（小时） ；t ， 时间，单位小时；In ＝ Cn/t 镍镉电池Cn 是额定容量 Ah ；n， 标称容量的时间基础（小时） ；t ， 时间，单位小时；基准试验电流 It 见 IEC61434；In ＝ Cn（ Ah） /1, InIt/t 4.3.3 日循环蓄电池一般都是按下述方式进行日循环a 有阳光时充电；b 夜晚放电。典型的日循环使用方式电池的放电深度在 2％～ 20％。4． 3． 4 季节性循环蓄电池荷电态要承受季节性循环。这是由于下述的不同充电条件所导致的低阳光照射期，比如冬天产生的电量少。电池的荷电态（可用容量）可能会低至额定容量的 20％或更低；高阳光照射期，比如夏季，可能会使电池达到完全荷电态，甚至会被过充。4． 3． 5 高荷电态期比如在夏天，蓄电池会在高荷电态运行，通常在 80％～ 100％之间。在充电过程中通常是电压调节系统限制电池的最高充电电压。注对于“自调解”太阳能光伏系统，电池的电压不是由充电控制器来限制，而是由太阳能光伏发电装置的特征来限制。系统设计人员通常是选择电池的最高充电电压作为一种折衷， 以便让电池在夏季尽快的回复至最高荷电态，而不至使电池严重过充。过充会增加气体的发生量，进而导致排气式电池的水消耗。对于阀控式铅酸电池，过充IEC61427 2005 译文8/14 导致的水消耗和气体的释出量的增大不是很明显，但会导致产生大量的热量。通常情况下，在厂家规定的基准温度条件下，铅酸电池的最高充电电压是 2.4V/ 只；镍镉电池为 1.55V/ 只。 有些调节器允许蓄电池的电压短时间内超过该限进行均充或升压充电。如果电池的运行温度明显偏离基准温度，需遵循电池厂家的说明对充电电压进行补偿。用于太阳能光伏系统的蓄电池预期寿命，即使定期保持在高荷电态水平，也会比用于连续浮充条件下的公布的寿命期限短许多。4． 3． 6 维持低荷电态期在太阳辐射能量低的周期， 太阳能电池板所产生的能量可能不足以维持电池的完全荷电态。这样电池的荷电态就要下降，就要在低荷电态循环。低的太阳能辐射可能是地理位置并季节性的结果，厚云、雨季、太阳能电池板灰尘的积累等也是可能的原因。4． 3． 7 电解液层化铅酸电池可能会发生电解液层化。 排气式铅酸电池电解液的层化可以通过电解液的搅拌或过充来消除。 而阀控式电池电解液的层化可以通过设计或按照厂家的说明进行运行得以避免。4． 3． 8 储存应遵守厂家的储存要求。当得不到这样的资料时，储存期可以根据表 2 所示的气候条件进行预估。表 2 光伏用途电池储存时限电池类别 温度范围 oC 湿度 ％ 电池储存期带电解液 不带电解液铅酸 － 20～＋ 40 85 80 75 90 90 95 95 5.3 深放电保护铅酸电池应予保护，防止深放电，以避免由于不可逆硫酸盐化而导致的容量损失。这可以通过使用一套监视电池的电压并在达到最大放电深度（见厂家的推荐值）之前自动切断蓄电池的放电线路来实现。镍镉电池一般不需要这种保护。5． 4 标记电池或电池组需遵照 7.2 款规定的相应标准的说明。5． 5 安全在安装、调试、运行、退出或废弃处理时要遵循地方有关法规和厂家的说明。5． 6 文件电池的运输、储存、调试、投入运行、运行与维护请遵循厂家的文件。厂家需说明对于只有太阳能电池板作为电源的场合，电池的初充电是否需要特殊考虑。IEC61427 2005 译文11/14 6． 功能特性电池的功能特征由下述各点来表述a 额定容量（见 8.1 款） ；b 循环耐久（见 8.2 款） ；c 荷电保持（见 8.3 款） ；d 光伏用途（极端条件）的循环耐久（见 8.4 款） 。7． 通用试验条件7． 1 测量仪表精度当测试蓄电池时，参数的测量和精度需符合 7.2 款列出的 IEC 标准的相关标准。7． 2 测试样品的准备和维护测试样品需按照下述标准确定的程序进行准备IEC 60896-11, 固定型铅酸蓄电池（排气式） ；IEC 60896－ 21，固定型铅酸蓄电池（阀控式） ；IEC 61056－ 1， 便携式铅酸蓄电池（阀控式） ；IEC 60622， 密封式镍镉蓄电池；IEC 60623， 排气式镍镉蓄电池；IEC 62259， 带有部份气体再化合功能的可再充电柱状镍镉单体式电池。8． 试验方法8． 1 容量实验试样按照 7.2 款相应标准进行准备。验证额定容量的试验铅酸电池采用 I 10（ A）电流、镍镉电池采用 It/5 （ A）电流按照 7.2 款列出相应标准的条款进行。对于铅酸电池采用 I 120（ A）电流或者镍镉电池采用 It/ 120（ A）电流的容量试验，放电需按照表 5 的参数进行，充电需按照 7.2 款列出相应标准的条款进行。表 5 光伏用途电池的典型容量试验容量（ Ah）电流 A 放电时间（ h）终止电压 （ V/只）铅酸 镍镉 铅酸 镍镉C120 I 120 It/ 120 120 1.85 1.00 C10 I 10 - 10 1.80 - C5 - It/5 5 － 1.00 注定义，见表 1。IEC61427 2005 译文12/14 8． 2 循环耐久试验试验样品按照 7.2 款列出相应标准进行循环。8． 3 荷电保持试验试验样品按照 7.2 款列出相应标准的程序进行。8． 4 光伏用途循环耐久试验（极端条件）对于光伏用途的电池来说，电池要经历不同荷电态条件下大量的浅循环。因此单体电池或电池组需要符合下述模拟光伏电源系统运行的试验要求。循环耐久试验是光伏能源系统蓄电池运行极端条件的加速模拟， 试验是令电池或电池组进行由 150 次循环（ A阶段 50 次， B 阶段 100 次）组成的周期。试样通过了 8.1 款的容量检查之后按 7.2 款列出的标准进行相应准备。试验开始时将电池充足电。 而后将电池温度升到 40oC 3oC， 并稳定 16 小时。 在整个试验期间都要维持该温度。8． 4． 1 阶段 A低荷电态浅循环铅酸电池a）令电池以 I 10（ A）电流放电 9 小时，或放电电压降至 1.75V/ 只；b）以 1.03I 10A 电流充电 3 小时；c）以 I 10（ A）电流放电 3 小时。镍镉电池a）令电池以 I t /10 （ A）电流放电 9 小时，或放电电压降至 1.00V/ 只；b）以 1.03 I t /10A 电流充电 3 小时；c）以 I t /10 （ A）电流放电 3 小时。两种电池都循环 b c ） 49 次。按照厂家的规定将电池完全充电，继续 B 阶段试验。阶段 A 的试验汇总见表 6。表 6阶段 A， 低荷电态浅循环放电时间 （ h） 充电时间 （ h） 铅酸电流 （ A） 镍镉电流 （ A）a 9 I 10 （ A） ； 或放电至 1.75V/ 只I t/10（ A） ；或放电至 1.00V/ 只b 3 1.03I 10A 1.03 I t /10A c 3 I 10（ A） I t/10 （ A）重复 b c49 次，继续 B 阶段试验。IEC61427 2005 译文13/14 8． 4． 2 阶段 B高荷电态浅循环铅酸电池a 以 1.25I 10（ A）放电 2 小时；b 以 I 10（ A）充电 6 小时。厂家没有另外规定的话，充电电压上限为 2.40V/ 只。镍镉电池a 以 1.25I t /10 （ A）放电 2 小时；b 以 I t /10 （ A）充电 6 小时。厂家没有另外规定的话，充电电压上限为 1.55V/ 只。两种电池循环 a b 99 次， 然后按照 8.4.3 款进行容量检测。 阶段 B 的试验汇总见表 7。表 7 阶段 B， 高荷电态浅循环放电时间 （ h） 充电时间 （ h） 铅酸电流 （ A） 镍镉电流 （ A）a 2 1.25I 10A 1.25 I t /10A b 6 I 10（ A）（厂家没有另外规定的话，充电电压上限为2.40V/ 只）I t /10 （ A）（厂家没有另外规定的话，充电电压上限为1.55V/ 只）重复 b c99 次。8． 4． 3 容量检查完成 B 阶段试验后，将电池温度降至 7.2 款相关标准规定的温度，并稳定 16 小时。按照 7.2 款相关标准进行容量实验（铅酸电池，测 C10；镍镉电池，测 C5） 。8． 4． 4 结束试验的条件每完成一个 150 次循环（阶段 A＋ B）的周期之后检查容量；记录 8.4.3 测得的实际容量值；循环寿命以完成的 150 次循环（ A＋ B）的周期数表示；试验结束判据 在 A 阶段试验中，放电过程中电池电压铅酸电池低于 1.5V/ 只、镍镉电池低于 0.8V/ 只； B 阶段后，当按照 8.4.3 款进行容量检查时低于额定容量 80％时。8． 4． 5 富液式电池和带有部份气体再化合功能的电池的水消耗在循环试验过程中，富液式电池可以添加水。添加水的量需要测量并记录。9． 试验的推荐采用9． 1 型式试验IEC61427 2005 译文14/14 型式试验为额定容量试验和荷电保持试验；循环耐久试验；光伏用途循环耐久试验（极端条件） 。电池的最低数量见 7.2 款相关标准的规定。光伏用途循环耐久试验至少需要用 6 只单体或 2 只整体式电池进行。9． 2 验收试验9． 2． 1 工厂试验验收试验需由顾客和厂家协商确定。需要验证标记、贴标或对于额定容量的符合性。9． 2． 2 调试试验建议调试试验要通过容量试验来验证所按装电池系统的符合性。