CNS 15120-2007 Secondary cells and batteries for solar photovoltaic energy systems - General requirements and methods of test《太阳光电发电系统用之二次电池－一般要求与测试方法》.pdf

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1、1 印月969月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 29.220.20;27.160 C643615120經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 969月14日 月日 (共8頁)太陽光電發電系統用之二次電池一般要求與測試方法 Secondary cells and batteries for solar photovoltaic energy systems General requirements and methods of test 1. 適用範圍 本標準適用於 一般資訊用於太陽光電 (PV)太陽能系統之二次電池要求與電池性能之確認上所用之典型測試

2、方法。 本標準並不包含有關電池大小，充電方法或 PV 系統設計之特殊資訊。 備考： 此標準適用於鉛酸電池與鎳鎘電池。若其他電化學系統變成可用時，此標準將會修訂，而將其包括在內。 2. 引用標準 下述為本文主要之引用標準。在出版時，所示之版本是有效之版本。所有標準均需加以修訂，且歡迎所 有與本標準有關之組織調查以使用下述標準之最新版本。 IEC與 ISO 會員維持目前有效之國際標準之登錄。 CNS 15113太陽光電能源系統名詞與符號 IEV 60050(486)國際電工學詞彙 (IEV)第 486 章：二次電池 IEC 60051-2 直接作用指示類比電氣測量儀器與其配件第 2 部：安培計與伏

3、特計之特殊要求 IEC 60056-1 可攜式鉛酸電池 (閥調整式 )第 1 部：一般要求，功能特性測試方法 IEC 60359 電氣與電子測量儀器之性能表示 IEC 60485 數位電子直流伏特計與直流電子類比至數位變流器 IEC 60622 密閉式鎳鎘角栓形之可充電單一電池 IEC 60623 排氣式鎳鎘角栓形之可充電單一電池 IEC 60721-1 環境條件分類第 1 部：環境參數及其嚴苛性 IEC 60896-1 固定式鉛酸電池一般要求與測試方法第 1 部：排氣式 IEC 60896-2 固定式鉛酸電池一般要求與測試方法第 2 部：閥調整式 3. 定義 為了本標準目的， IEV 600

4、50(486)內有二次電池適用之定義與專有名詞， CNS 15113則有光電發電機與系統之定義，且下述定義亦可使用。 3.1 負荷循環 (duty cycle) 電池之操作條件之順序。這包括一 些係數如充電與放電之速率與條件，放電之深度，循環之數目與種類，開放線路所在地點之溫度與時間長短。 3.2 負荷循環容量 (duty cycle capacity) 電池需要符合負荷循環要求之容量。 2 CNS 15120, C 6436 4. 使用條件 (conditions of use) 本節描述二次電池在其太陽能 上之正常使用下之操作條件。此種 “正常 ”使用可能與傳統之二次電池不同。 4.1 光

5、電系統 (photovoltaic system) 具有本標準所述之電池之太陽光電 系統能提供固定、可變或間斷之能量供給相連之設備 (負荷 )。此系統可包含混合或並聯系統。設備可為泵浦、冰箱、照明系統、通訊系統等。 4.2 二次電池 (secondary cells and batteries) 用於太陽光電系統之二次電池之種類如下： 排氣式 (溢流式 )； 閥調節式； 氣密式 (僅為鎳鎘電池 )。 通常電池可以下述之條件提供： 已放電與已排水 (僅為鎳鎘電池 )； 已充電與已充填； 乾充電與未充填 (僅為鉛酸電池 )； 已放電與已充填 (僅為鎳鎘電池 )。 電池供應商需提供如何操作電池之說明

6、。 4.3 一般操作條件 (general operating conditions) 在典型之 PV 系統內之電池，在平均天候下操作可能會碰到下述之條件。 4.3.1 自主之時間 (autonomy time) 電池之設計是在沒有或只有最小太陽照射之特殊條件下，能提供由 3 天至15 天之能量。有些系統之時間可能較長或較短。 備考：當計算所需之電池容量時，需考量下述項目，即： 所需之日 /季循環 (對於最大之放電深度可能之限制 )； 到達場址所需之時間； 老化； 溫度之影響； 將來負荷之擴充。 4.3.2 典型之充電與放電電流 (typical charge and discharge cu

7、rrents) 由 PV 發電機所產生之充電電流： (a) 最大充電電流： I20=C20/20 h； (b) 平均充電電流： I50=C50/50 h。 C20：電池在 20 小時放電狀態下之容量。 由負荷決定放電電流： 平均放電電流： I120=C120/120 h。 依系統設計而定，如混合系統，充電與放電電流可能在很大 之範圍內變化。 4.3.3 日循環 (daily cycle) 3 CNS 15120, C 6436 電池通常曝露在下述之日循環中： (a) 在白天時充電； (b) 在晚上時放電。 典型之日放電可能佔電池容量之 2%至 20%範圍內。 4.3.4 季循環 (season

8、al cycle) 電池可能會因為如下之平均充電條件變化而處於季循環之充電狀態： 具有低太陽照射之期間，例如在冬 天時產生之能量較低。電池之充電狀態 (可用之容量 )可能比額定容量低 20%： 具有高太陽照射之期間，例如在夏 天時，將會使電池達到幾乎充滿之條件。電池可能會過度充電 (overcharged)。 4.3.5 高充電狀態之期間 (period of high state of charge) 如在夏天時，電池將會在高充電狀態 (SOC)下操作，典型之是在額定容量之80%與 100%之間。 在充電期間，通常有一個電壓調節器系統來限制最大之電池電壓。 備考： 在 “自我調節 ”之 PV

9、 系統，電池電壓不受充電控制器之限制，而是受PV 發電機之特性所限制。 在充電季節，系統設計師 通常儘早選擇最大之電池電壓，此違反了 “恢復至最大充電狀態 (SOC)之規定，但不會使電池有太多之過度充電。過度充電會增加氣體之產生，而造成排 氣式電池內水之消耗。在閥調節之鉛酸電池內，過度充電將會增加氣體之排放與熱之產生。 典型之最大電池電壓，在鉛酸電池上每個電池是限制在 2.4 V。且在鎳鎘電池上，每個電池是限制在 1.55 V。有些調節器讓電池電壓可短期間超過這些值以作為均壓或增壓充電。若操作溫度偏離 20太大，則需要使用溫度補償。需洽詢電池製造商有關之特定值。 PV 系統內電池預估之壽命即使

10、是在正常之高充電狀態下，仍比在連續浮動充電之電池壽命還短。 4.3.6 低充電狀態之期間 (period of sustained low state of charge) 在低太陽照射期間，太陽光電陣列所產生之能量可能不 足以讓電池再充電。然後電池之充電狀態將會降 低，且將會在低充電狀態下產生循環。太陽光電陣列上之低太陽照射，可能是由於地理位置以及冬天期間， 濃烏雲、下雨、或灰塵積聚所造成。 4.3.7 電解液分層 (electrolyte stratification) 在鉛酸電池內可能發生電解液分 層。在排氣式鉛酸電池中，可攪動電解液或使用時定期過度充電以避免電解液分層，且在 VRLA

11、電池中，可依製造商之說明來操作，以避免電解液分層。 4.3.8 運輸 電池經常是在偏遠之地方、山頂 與沙漠地區操作，且可能沒有適當之道路可到達那些地方。 4 CNS 15120, C 6436 因此電池可能比傳統電池歷經更 艱難之運輸情況才能到達安裝地點。在運輸時需要有適當之包裝以保護電池。 4.3.9 儲存 應注意製造商對於儲存之建議，若沒有此類建議，則可假設如表 1 所示典型之天候條件。 表 1 在太陽能應用上電池之儲存條件之限定值 電池之儲存期間 電池種類 溫度範圍 濕度 有電解液 無電解液 鉛酸 20至 +40 85% 80%75% 90% 90% 95% 95%10. 過度放電之保護

12、 (over-discharge protection) 應保護鉛酸電池使其不至於過度放電以避免由於不可逆之硫化 (sulphation)而損失容量。當超過設計之最大放電深度時 (參照表 3 之最終電壓 )，可利用低電壓之分離來達到此效果。 鎳鎘電池通常不需此種保護。 11. 機械持久性 (mechanical endurance) 太陽光電應用上之電池需設計能承受一般運輸與處理時之機械應力。應有額外之包裝或保護以承受惡劣之路況。 在處理未包裝之電池時需特別小心。應注意製造商之說明。 若有關於機械應力之特殊要求，如地震、撞擊與震動，則這些需個別之加以規定或參考相關之產品標準。 12. 測量儀器

13、之精確度 (accuracy of measuring instruments) 當測試電池時，需使用表 5 所示之參數與精確度之值 7 CNS 15120, C 6436 表 5 測量儀器之精確度 參數 精確度 電壓 1% 電流 1% 溫度 2 電解液密度 (僅排氣式電池 ) 0.005 kg/l 時間 0.1% 當做測試時，測量儀器之精確度應符合相關之 IEC 標準： IEC 60051-2 與 IEC 60485 有關電壓之測量； IEC 60051-2 與 IEC 60359 有關電流之測量。 13. 試樣之準備與維護 (preparation and maintenance of t

14、est samples) 試樣之準備應遵照下述標準所述之程序： IEC 60896-1 針對固定式鉛酸電池 (排氣式 )， IEC 60896-2 針對固定式鉛酸電池 (閥調節式 )， IEC 61056-1 針對可攜式鉛酸電池 (閥調節式 )， IEC 60622 針對密閉式鎳鎘電池， IEC 60623 針對排氣式鎳鎘電池。 試樣應遵照製造商之說明來準備。測試內亦需包含會影響電池之現場操作之任何特殊條件。 14. 容量測試 (capacity test) 試樣需遵照第 13 節之應用標準來準備。確認容量之測試需在兩個放電速率下做，即 120 h 之速率與 5 h 或 10 h 之速率。放電

15、測試需依第 13 節內所列之 IEC 標準之相關章節來做。每個電池或電池組之容量不得低於製造商所提供之值。 15. 循環持久性測試 (cycle endurance test) 循環持久性測試是在太陽能光電系統內電池操作之加速模擬且需提供電池以便做下述兩個部分之測試： 試樣需遵照第 13 節之應用標準來準備，且需通過第 14 節所述之容量測試。 使用完全充電之電池開始做測試。將電池升溫至 (40 3)並穩定化 16 小時。在整個測試期間將電池維持在 (40 3)。 15.1 階段 A：在低充電狀態下之淺循環 (phase A： shallow cycling of low state of c

16、harge) (a) 以 I10A 之電流使電池放電 9 小時。 (I10A=C10/10hA) 為了安全之理由，當鉛酸電池之最終電壓達到 1.5 V，且鎳鎘電池之最終電壓達到 0.8 V 時需停止放電。 (b) 以 1.03 I10A 之電流再充電 3 小時。 (c) 以 I10A 之電流放電 3 小時。 (d) 重覆步驟 (b)與 (c) 49 次。再將電池充電至完全充電之條件。 8 CNS 15120, C 6436 15.2 階段 B：在高充電狀態下之淺循環 (phase B： shallow cycling at high state of charge) (a) 以 I =1.25

17、 I10A 之電流使電池放電 2 小時。 (b) 在 I = I10A 之電流下再充電 6 小時，且除非製造商有其他之規定，否則鉛酸電池之每個電池之最大電壓為 2.40 V，而鎳鎘電池之每個電池之最大電壓為 1.55 V。 (c) 重覆步驟 (a)與 (b) 100 次。 (d) 在 (40 3)下以 I = I10A 之電流使電池放電，直到鉛酸電池之每個電池之最終電壓為 1.80 V，而鎳鎘電池之每個電池之最終電壓為 1.00 V，然後測量其容量。 測得之容量： Cact= I10t(Ah) 15.3 測試終止之條件 (end of test condition) (a) 重複階段 A 與階

18、段 B 之循環，直到當 (40 3)下所測得之真正容量低於額定容量 C10之 80%時才停止測試。 (b) 記錄第 15.2(d)節所測得之 Cact值，並以 150 個循環之增量對循環數做圖。將一個階段 A 加上一個階段 B 視為 150 個循環。 15.4 排氣式電池之水之消耗 (water consumption of vented battery type) 在做循環持久性測試時，電池內加滿水。需測量與記錄加入之水量。 15.5 要求 :當測試完成時，所獲得之循環數不得低於製造商所述之值。 16. 建議使用之測試 (recommended use of tests) 16.1 型式測試

19、 (type test) 容量測試、循環持久性測試、與機械測試是種類測試。至少需要有 6 個電池或電池組來做容量測試與循環持久性測試。 16.2 驗收測試 (acceptance test) 16.2.1 工廠測試 (factory test) 顧客與供應商之間應同意驗收測試。應檢查標記與標示 或額定容量是否符合。 16.2.2 試俥測試 (commissioning test) 建議做試俥測試且以容量測試來證明安裝之電池系統之整體功能性。 17. 安全 在安裝、試俥、操作、拆除、與處置時需注意製造商有關程序之說明。 18. 文件 在運輸與儲存、試俥、安裝、操作與維護時需參考製造商之文件。 若有特殊考量如僅能使用太陽光電陣列作為電池之最初充電之電源時，則製造商需提供諮詢服務。 相對應國際標準： IEC 61427 Secondary cells and batteries for solar photovoltaic energy systems General requirements and methods of test