太阳能光伏电池标准 IEC 61427中文版.docx
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太阳能光伏电池标准IEC61427中文版
国际标准IEC61427
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
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
前言
1）国际电工技术委员会（InternationalElectrotechnicalCommission――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（InternationalOrganizationforStandardization---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。
IEC61427标准由IEC21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/IECDirectivePart2进行。
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。
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。
IEC60050－482：
2004，国际电化学词汇（IEV）――part482：
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。
IEC61839，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
IEC60050－482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
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。
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
I20＝C20/20h
I20=It/20
平均充电电流
I50=C50/50
I50=It/50
负载决定的放电电流
平均放电电流
I120=C120/120h
I120＝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,In=It/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
<90
最长6个月
1～2年（干荷电）
镍镉
（袋式极板）
－20～＋40
（标准电解液）
<90
最长6个月
1～3年（全放电、排干、密封）
-40～＋50（高浓度电解液）
不管是铅酸还是镍镉电池，带电解液的必须以全荷电态储存。
容量的损失是由于长时间将电池置于高温、高湿条件下储存造成的。
注：
将电池储存在太阳直射的集装箱内白天温度可达60ºC或更高。
选择遮阴的位置或冷却可避免这样的危险。
4．3．9运行温度
在使用现场电池可能经历的温度范围是电池选择和电池预期寿命的重要因素（环境条件的定义见IEC60721－1）。
应遵循生产厂家推荐的运行温度和湿度。
当没用这方面资料时，见表3所示的运行温度和湿度范围。
表3光伏太阳能用途蓄电池运行条件的极限值
电池类型
运行温度范围ºC
湿度％
铅酸电池
－15～＋40
<90
镍镉电池（标准电解液）
－20～＋45
<90
镍镉电池（高浓度电解液）
－40～＋45
<90
注1：
对于该范围以外的温度请咨询生产长家。
通常来说，电池地寿命会随运行温度地升高而缩短。
注2：
低温会降低电池的放电性能和电池的容量。
详细情况咨询生产厂家。
4．3．10充电控制
过量的过充电不会增加电池可能储存的能量。
代之而产生的问题是过充电会增加排气式电池的水消耗进而影响使用寿命。
另外，阀控式铅酸蓄电池可能会导致干涸，进而导致容量损失和/或过热。
过充电可以通过使用适当的充电控制器加以控制。
控制器参数的设定需要考虑光伏发电装置的设计、负载、温度以及电池生产厂家推荐的蓄电池极限值等因素。
排气式的铅酸或镍镉（包括部份气体再化合的）电池储有足量的电解液，至少可以维持两次计划维护之间的时间间隔。
而阀控式铅酸电池的过充则需要谨慎选定以实现最佳的运行寿命。
水损耗可以在循环试验（见8.4.5款）过程中测得，并可以和系统设计资料一起来预测维护间隔。
4．3．11物理性防护
需提供物理性防护以抵御现场可能不利因素的影响，诸如：
●电池间温度不均和温差很大；
●阳光直射（紫外线辐射）；
●空气夹杂的沙尘；
●爆炸性气体环境；
●洪水或水蒸气冷凝和喷洒水；
●地震；
●震动或振动（特别是运输过程中）。
5．一般要求
5．1机械耐受性
光伏用途蓄电池的设计应能耐受正常运输或搬运中产生的应力。
对于非道路的转运需配备额外的包装和保护。
当处理不带包装的电池时需要格外小心。
遵守厂家的说明。
对于有关机械应力方面的特殊要求，诸如地震、震动和振动，这些需参见特殊规定或相关标准。
5．2充电效率
所谓充电效率即放电期间电池或电池组放出的电量和在规定的条件下恢复成初始荷电态所需充入的电量之比（见IEV482－05－39）。
注：
电量以安时（AH）表示。
如果没有厂家提供的数据，可以假定表4所示的效率。
表4在基准温度条件下和每天放电深度小于额定容量20％时不同荷电态时电池的Ah效率
荷电态（SOC％）
铅酸电池效率％
镍镉电池效率％
90
>85
>80
75
>90
>90
<50
>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。
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：
●IEC60896-11,固定型铅酸蓄电池（排气式）；
●IEC60896－21，固定型铅酸蓄电池（阀控式）；
●IEC61056－1，便携式铅酸蓄电池（阀控式）；
●IEC60622，密封式镍镉蓄电池；
●IEC60623，排气式镍镉蓄电池；
●IEC62259，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I10（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I120（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
I120
It/120
120
1.85
1.00
C10
I10
-
10
1.80
-
C5
-
It/5
5
－
1.00
注：
定义，见表1。
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I10（A）电流放电9小时，或放电电压降至1.75V/只；
b）以1.03I10（A）电流充电3小时；
c）以I10（A）电流放电3小时。
●镍镉电池
a）令电池以It/10（A）电流放电9小时，或放电电压降至1.00V/只；
b）以1.03It/10（A）电流充电3小时；
c）以It/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
I10（A）；或放电至1.75V/只
It/10（A）；或放电至1.00V/只
b）
3
1.03I10（A）
1.03It/10（A）
c）
3
I10（A）
It/10（A）
重复b）c）49次，继续B阶段试验。
8．4．2阶段B：
高荷电态浅循环
●铅酸电池
a）以1.25I10（A）放电2小时；
b）以I10（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1.25It/10（A）放电2小时；
b）以It/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
1.25I10（A）
1.25It/10（A）
b）
6
I10（A）（厂家没有另外规定的话，充电电压上限为2.40V/只）
It/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）c）99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
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。
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