儲(chǔ)能電池與檢測(cè)認(rèn)證

文/王婷婷 陳蘇聲 張永明

儲(chǔ)能電池與檢測(cè)認(rèn)證

文/王婷婷 陳蘇聲 張永明

儲(chǔ)能電池是新能源產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，市場(chǎng)前景良好。本文主要分析了儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)內(nèi)外檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀，匯總了相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，并針對(duì)相關(guān)關(guān)鍵檢測(cè)項(xiàng)目，指出了檢測(cè)試驗(yàn)室建設(shè)中需要注意的問(wèn)題，為相關(guān)科技工作者提供參考。

儲(chǔ)能電池 檢測(cè) 認(rèn)證

低碳經(jīng)濟(jì)在全球興起，環(huán)境保護(hù)引起世界各國(guó)的高度重視，大功率動(dòng)力電池應(yīng)運(yùn)而生。鋰離子電池、鎳氫電池和燃料電池蓬勃發(fā)展，電動(dòng)汽車成為備受社會(huì)關(guān)注的新興產(chǎn)業(yè)。儲(chǔ)能電池的應(yīng)用很廣泛，包括日常生活中手機(jī)、相機(jī)的鋰電池，存儲(chǔ)風(fēng)能、太陽(yáng)能的大型儲(chǔ)能電池，對(duì)電網(wǎng)和交通影響巨大。目前，用于規(guī)模儲(chǔ)能的技術(shù)主要有抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、鈉硫電池以及鉛酸電池等，相對(duì)而言，儲(chǔ)能電池的使用更為方便。

得益于材料工業(yè)的迅猛發(fā)展，儲(chǔ)能電池前景光明。一方面是由于資源短缺和環(huán)境問(wèn)題。隨著國(guó)家科技和社會(huì)的發(fā)展、人民生活水平的提高，能源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，能源方面供需矛盾日益凸顯，化石能源的短缺和造成的環(huán)境破壞使關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向了風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能這些可再生資源。然而風(fēng)能、太陽(yáng)能及海洋能等可再生能源受天氣及時(shí)間段的影響較大，具有明顯的不穩(wěn)定、不連續(xù)和不可控特性，需要開(kāi)發(fā)和建設(shè)配套的電能儲(chǔ)存（以下簡(jiǎn)稱“儲(chǔ)能”）裝置來(lái)保證發(fā)電、供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，且大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)在電力工業(yè)中用于電力的“削峰填谷”，將會(huì)大幅度改善電力的供需矛盾，提高發(fā)電設(shè)備的利用率。另一方面則是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)三大新興產(chǎn)業(yè)——新能源、智能電網(wǎng)和電動(dòng)汽車的發(fā)展瓶頸都指向了同一項(xiàng)技術(shù)：儲(chǔ)能材料（儲(chǔ)能電池）技術(shù)。目前，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展相對(duì)落后，許多國(guó)家都將大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)定位為支撐新能源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)。

一、產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

新能源的發(fā)展日益加速，而儲(chǔ)能材料卻成為制約各國(guó)新能源發(fā)展的技術(shù)瓶頸，各國(guó)對(duì)其都相當(dāng)重視。2011年美國(guó)能源部在發(fā)布的“美國(guó)2011—2015年儲(chǔ)能規(guī)劃”中明確了對(duì)液流電池、鈉基電池、鋰離子電池、先進(jìn)鉛碳電池等儲(chǔ)能技術(shù)的近期和遠(yuǎn)期發(fā)展目標(biāo)。同年2月，美國(guó)能源部宣布投資1.2億美元建設(shè)先進(jìn)電池儲(chǔ)能創(chuàng)新中心，加快用于交通和電網(wǎng)的電池儲(chǔ)能技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。與此同時(shí)，歐盟、韓國(guó)和日本等國(guó)家也都設(shè)立專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)以支持儲(chǔ)能技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在其2010年～2030年白皮書(shū)——《應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)》中指出，“電能存儲(chǔ)技術(shù)（分散方式結(jié)合適當(dāng)集中，或有能源系統(tǒng)接口的大規(guī)模存儲(chǔ)）將起到舉足輕重的作用。它可以平滑風(fēng)能或太陽(yáng)能發(fā)電的間歇，并使用戶能夠通過(guò)本地能源管理系統(tǒng)優(yōu)化能源消耗和本地發(fā)電”。

我國(guó)政府對(duì)于新能源產(chǎn)業(yè)的重視始于2001年，主要是針對(duì)可再生能源的發(fā)電采取了稅收優(yōu)惠政策。2006年，加快發(fā)展新能源被提到了一個(gè)戰(zhàn)略高度，先后出臺(tái)了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和《可再生能源法》，在中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中提出，到2020年我國(guó)可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例爭(zhēng)取達(dá)到16%。2007年，出臺(tái)了《能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》。2009年1月，財(cái)政部、科技部聯(lián)合發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》。同年3月，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，提出將電動(dòng)汽車產(chǎn)銷形成規(guī)模，改造現(xiàn)有生產(chǎn)能力，形成50萬(wàn)輛新能源汽車產(chǎn)能，新能源汽車銷量占乘用車銷量總量的5%左右。2010年我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)全面啟動(dòng)，目前推廣城市已經(jīng)擴(kuò)大到13個(gè)。2012年6月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012－2020年）的通知》。依據(jù)科技部的規(guī)劃，至2015年，我國(guó)動(dòng)力電池總產(chǎn)能要達(dá)到100億Wh，汽車電池成本要降至1.5元/Wh的水平，同時(shí)電池組能量密度提高到120 Wh/kg，使用溫度范圍在－25～60℃，電池組的循環(huán)壽命提高到2 000次以上。工信部的目標(biāo)是：2015年電動(dòng)汽車需要的能量型動(dòng)力電池模塊150億Wh/年、功率型30億Wh/年（均指累計(jì)量）。在總體目標(biāo)方面，二者基本一致，就是到2015年，汽車動(dòng)力電池不依靠國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼也能保持盈虧平衡的水平?，F(xiàn)有的電池按種類可分為下面3種：

鉛酸蓄電池是當(dāng)前技術(shù)成熟、產(chǎn)量最大、使用最廣泛的電池。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球鉛酸蓄電池銷售額達(dá)350億美元，我國(guó)是全球鉛酸蓄電池產(chǎn)銷大國(guó)，2005年銷售額達(dá)到150億人民幣。近年來(lái)，我國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)穩(wěn)步增長(zhǎng)。2005年～2010年，我國(guó)鉛酸蓄電池產(chǎn)量年復(fù)合增長(zhǎng)率16.8%，年銷售額復(fù)合增長(zhǎng)率34.8%，出口額年復(fù)合增長(zhǎng)率16.7%。在蓄電池行業(yè)，鉛酸蓄電池是唯一需生產(chǎn)許可證的產(chǎn)品，全國(guó)共有生產(chǎn)廠家1 480家，鉛酸蓄電池全國(guó)發(fā)證檢驗(yàn)單位有17家，全項(xiàng)發(fā)證檢驗(yàn)單位有13家。

鋰離子電池以其能量密度和功率密度較大，無(wú)記憶效應(yīng)、自放電較小以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)而漸漸成為動(dòng)力電池的主流選擇之一。鋰離子電池尚未列入國(guó)家工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證發(fā)證產(chǎn)品名錄。我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)起步晚于日本，但發(fā)展迅速，在動(dòng)力鋰離子電池的研發(fā)上投入大量的財(cái)力、物力。國(guó)家“863”計(jì)劃投入了電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)，中科院物理所、北京有色金屬研究院、中國(guó)電子集團(tuán)研究公司等單位參加了該項(xiàng)目，分別開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車（EV）和混合電動(dòng)汽車（HEV）兩類動(dòng)力電池。在產(chǎn)能分布方面，我國(guó)鋰離子電池的生產(chǎn)廠家主要集中在廣東、山東、江蘇、浙江和天津等地，其中廣東約占總產(chǎn)量的三分之一以上，大多集中在深圳、東莞和中山等地。鋰離子電池主要生產(chǎn)廠商有比亞迪股份有限公司、深圳比克科技有限公司和深圳邦凱科技有限公司等，并已在全球鋰電池市場(chǎng)占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。

鎳氫電池由于其技術(shù)成熟，安全性較好，是鋰離子電池的有力挑戰(zhàn)者。由于標(biāo)準(zhǔn)滯后，我國(guó)企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年鎳氫電池產(chǎn)能約有11億只。燃料電池能量密度極高，接近于汽油和柴油的能量密度，幾乎是零污染，號(hào)稱“終極電池”，是氫的理想轉(zhuǎn)化裝置，是氫應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，有助于解決能源安全和環(huán)境問(wèn)題，代表著電動(dòng)車未來(lái)的發(fā)展方向，得到了全球的高度重視，也是各國(guó)重點(diǎn)研發(fā)的領(lǐng)域之一。在我國(guó)，燃料電池得到了較快發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)一輛轎車所用燃料電池的成本約在100萬(wàn)人民幣左右，北京引進(jìn)的3輛“零排放”燃料電池公交車，每輛成本更是高達(dá)千萬(wàn)。由于成本太高，燃料電池目前離產(chǎn)業(yè)化還有較長(zhǎng)的路要走。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家不少于2 000家（已獲鉛酸蓄電池生產(chǎn)許可證企業(yè)1 486家，其他電池生產(chǎn)企業(yè)500余家），受政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)，生產(chǎn)廠家和產(chǎn)能還會(huì)不斷攀升。

二、檢測(cè)認(rèn)證情況

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于電池的認(rèn)證尚未出臺(tái)。主要的認(rèn)證還是國(guó)外的，主要包括UL、CB、CE、TUV和PSE等。國(guó)內(nèi)主要的電池檢測(cè)機(jī)構(gòu)有：201所和中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所（在電池檢測(cè)方面實(shí)力最強(qiáng)），但對(duì)于鋰電池也只能做200 Ah以下產(chǎn)品，對(duì)鋅空氣電池、燃料電池也僅處于研發(fā)階段；沈陽(yáng)蓄電池研究所只能對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行檢驗(yàn)；國(guó)家電動(dòng)自行車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心只能對(duì)電動(dòng)自行車用小電池進(jìn)行檢驗(yàn)；國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄樊）雖然取得了相應(yīng)的檢測(cè)資質(zhì)，但對(duì)電池的檢驗(yàn)?zāi)芰Χ紭O為有限；國(guó)家輕型電動(dòng)車及電池產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的相關(guān)電池業(yè)務(wù)主要為較小的電動(dòng)自行車和輕型電動(dòng)車用動(dòng)力電池；國(guó)家新能源機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心是目前我國(guó)唯一開(kāi)展新能源機(jī)動(dòng)車及其零部件產(chǎn)品檢驗(yàn)的專業(yè)檢測(cè)技術(shù)機(jī)構(gòu)，可以開(kāi)展新能源汽車、關(guān)鍵零部件、電池、電控系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)的各項(xiàng)檢測(cè)。綜上所述，動(dòng)力電池產(chǎn)品質(zhì)量綜合檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在全國(guó)尚無(wú)一家，部分檢驗(yàn)項(xiàng)目和參數(shù)分布在全國(guó)十多個(gè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，大部分動(dòng)力電池產(chǎn)品的質(zhì)量、安全性檢驗(yàn)，特別是高電壓、大電流和防爆等試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)仍處于空白。

三、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵檢測(cè)項(xiàng)目

汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)一般有一個(gè)或多個(gè)電池箱或者電池包組裝而成，而電池箱內(nèi)一般由一些電芯通過(guò)串并聯(lián)組成的模塊（model）疊加而成，所以電池檢測(cè)分為單體電芯檢測(cè)、電池模塊檢測(cè)和電池箱檢測(cè)3部分來(lái)進(jìn)行。

單體電芯的檢測(cè)分為廠家標(biāo)注、電性能檢測(cè)、機(jī)械性能檢測(cè)和環(huán)境測(cè)試四大項(xiàng)目，共20小項(xiàng)的檢測(cè)。其中，廠家標(biāo)注主要包含了外觀、極性、外形尺寸以及重量4個(gè)項(xiàng)目；電性能檢測(cè)主要包括放電性能（高溫，常溫，低溫）、倍率放電性能、荷電存儲(chǔ)及恢復(fù)能力（常溫，高溫）、過(guò)放電試驗(yàn)、過(guò)充電試驗(yàn)、短路試驗(yàn)6個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目；機(jī)械性能測(cè)試包括機(jī)械沖擊測(cè)試、針刺試驗(yàn)、擠壓試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)及震動(dòng)試驗(yàn)5個(gè)項(xiàng)目；環(huán)境測(cè)試則包含了熱濫用測(cè)試、荷電保持及恢復(fù)能力、溫度循環(huán)測(cè)試、高溫高濕測(cè)試和燃燒測(cè)試5個(gè)項(xiàng)目。

電池模塊的檢測(cè)分為廠家標(biāo)注、電性能測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試和環(huán)境測(cè)試四大項(xiàng)目，共18個(gè)小項(xiàng)的檢測(cè)。其中廠家標(biāo)注主要包含外觀、極性、外形尺寸、重量4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；電性能測(cè)試包含放電性能、溫度測(cè)試、過(guò)放電試驗(yàn)、過(guò)充電試驗(yàn)、短路測(cè)試、循環(huán)壽命、簡(jiǎn)單模擬工況7個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；機(jī)械性能測(cè)試包含震動(dòng)試驗(yàn)、擠壓試驗(yàn)、針刺試驗(yàn)、機(jī)械沖擊測(cè)試4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；環(huán)境測(cè)試則包括高溫存儲(chǔ)、高溫高濕和冷熱交變3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

電池箱的檢測(cè)分為廠家標(biāo)注、電性能測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試和環(huán)境測(cè)試四大項(xiàng)目，共19個(gè)小項(xiàng)的檢測(cè)。其中廠家標(biāo)注主要包含外觀、極性、外形尺寸、重量4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；電性能測(cè)試包含放電性能、溫度測(cè)試、過(guò)放電試驗(yàn)、過(guò)充電試驗(yàn)、部分短路測(cè)試、不正常充電、循環(huán)壽命、簡(jiǎn)單模擬工況、絕緣耐壓測(cè)試以及絕緣阻抗測(cè)試10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；機(jī)械性能測(cè)試包含震動(dòng)試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；環(huán)境測(cè)試則包括浸潤(rùn)測(cè)試、鹽噴霧測(cè)試以及冷熱交變3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

四.總結(jié)與展望

本文主要分析了儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)內(nèi)外檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀、相關(guān)關(guān)鍵檢測(cè)項(xiàng)目，匯總了相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，為相關(guān)科技工作者提供參考。在檢測(cè)平臺(tái)的建設(shè)中，各類儲(chǔ)能電池的檢測(cè)項(xiàng)目與要求基本相同，因此一個(gè)檢測(cè)認(rèn)證平臺(tái)可供多種電池使用。由于鋰離子電池化學(xué)特性比較活潑，所以相關(guān)試驗(yàn)室及其輔助設(shè)施一定要滿足防爆要求。目前，鋰離子電池的相關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，僅有一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是從檢測(cè)平臺(tái)建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展看，考慮防爆條件是非常必要的。

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 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)一覽表

（作者單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）