电力储能用锂离子电池烟气毒性评价方法

ICS

27.180F19T/CEC中国电力企业联合会标准T/CEC XXXXX—2017电力储能用锂离子电池烟气毒性评价方法The assessmentmethod forsmoke toxicityof lithium-ion batteryfor electricalenergystorage（征求意见稿）（本稿完成日期:

2019.

01.04）心上中国电力企业联合会（美国职业安全与健康研究所）的IDLH值（立即危及生命和健康）为基础，曝光时间为30分钟如果FED（t）1,那么符合要求8〉FED（t）=…紫.1乙Ci x30mmi=l其中Ct i类气体的曝光剂量（mg/m3Tnin）；C,依照表1，i类气体的基准浓度（mg/n）；t实际工况中允许的曝光时间（min）表1烟气成分的基准浓度烟气成分基准浓度（mg/nP）二氧化碳CO720002一氧化碳CO1380氟化氢HF25氯化氢HC175演化氢HBr99氟化氢HCN55二氧化氮NO2a38二氧化硫SO2622a NO2含有NO2和NO（参考值与NO2的IDLH值相符）注基准浓度以美国NIOSH（美国职业安全与健康研究所）的IDLH值（立即危及生命和健康）为基础,曝光时间为30分钟范围11规范性引用文件12术语和定义错误!未定义书签3试验准备14气密性试验5错误!未定义书签额定储氢容量试验额定充氢速率试验额定放氢速率试验充放氢循环试验….6错误!未定义书签本部分依据GB/T Ll-2009《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写》给出的规7错误!未定义书签则起草8请注意本标准的某些内容可能涉及专利本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任错误!未定义书签本标准由全国电力储能标准化技术委员会提出并归口9错误!未定义书签7本标准起草单位中国电力科学研究院有限公司、国家阻燃材料检测中心、国网安徽省电力公司电力科学研究院、国网冀北电力有限公司电力科学研究院、深圳比亚迪锂电池有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、珠海银隆新能源股份有限公司本标准起草人高飞、杨凯、李向梅、刘超群、惠东、王康康、惠娜、汪奂玲、胡娟、王振、田宝贵、乔羽、范茂松、刘皓、王高武、马达、张明杰、詹世英、刘伟、耿萌萌、王凯丰本标准首次发布本部分在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条一号，）100761范围规范性引用文件11术语和定义错误!未定义书签2试验准备3气密性试验错误!未定义书签4额定储氢容量试验额定充氢速率试验额定放氢速率试验充放氢循环试验.・・・本部分错误!未定义书签5依据GB/T Ll-2009《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写》给出的规则起草错误!未定义书签6请注意本标准的某些内容可能涉及专利本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任错误!未定义书签7本标准由全国电力储能标准化技术委员会提出并归口本标准起草单位中国电力科学研究院有限公司、国家阻燃材料检测中心、国网错误!未定义书签8安徽省电力公司电力科学研究院、国网冀北电力有限公司电力科学研究院、深圳比亚迪锂电池有限公司、宁99德时代新能源科技股份有限公司、珠海银隆新能源股份有限公司本标准起草人高飞、杨凯、李向梅、刘超群、惠东、王康康、惠娜、汪奂玲、胡娟、王振、田宝贵、乔羽、范茂松、刘皓、王高武、马达、张明杰、詹世英、刘伟、耿萌萌、王凯丰本标准首次发布本部分在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条一号，）100761电力储能用锂离子电池烟气毒性评价方法1范围本标准规定了电力储能用锂离子电池烟气毒性评价的原理、试验条件、试验步骤、评价方法等本标准适用于电力储能用锂离子电池（以下简称电池）2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件GB150-2011压力容器GB/T11651个体防护装备选用规范GB/T36276-2018电力储能用锂离子电池TB/T3237动车组用内装材料阻燃技术条件T/CEC170-2018电力储能用锂离子电池爆炸试验方法BS EN45545-2铁路应用-铁路车辆的防火保护第二部分材料和组件的防火要求DIN5510-2轨道车辆防火措施第2部分材料和构件的燃烧并发现象.分类、要求和测试方法ISO5659-2塑料-生烟性测定第2部分单烟箱光密度测定ISO19701火灾烟气的取样和分析方法ISO19702使用傅里叶变换红外光谱法对火灾烟气中有毒气体和蒸汽的采样和分析指南DIN EN2826辐射热和火焰影响下的非金属材料燃烧行为3试验要求

1.11一般要求试验应在有充分安全保护的环境条件下进行，试验场地应具备消防设备试验人员应配备防毒面具、手套、防护眼镜、防护服等安全防护用品，防止试验过程中电池起火、燃烧、爆炸等对人体造成伤害安全防护用品须符合GB/T11651规定并经国家相应的质检部门检测，具有生产许可证及编号标志、产品合格证者，方可使用

1.22电池样品要求在试验前根据GB/T36276-2018中关于电池充放电要求或产品说明书中的推荐充放电程序对电池进行标准充放电操作确认电池的容量，并确定测试电池所处的荷电状态，在试验前电池应静置至少30min,试验电池样品数量至少为5块

1.3试验环境要求根据GB/T36276-2018中规定，试验环境应符合下列要求a）除另有规定外，试验应在相对湿度390%,大气压力为86kPa〜106kPa的环境中进行；b）试验场地应具备完善的消防和应急措施；c）试验人员应配备个人防护用具

1.4产烟试验箱要求1电池样品在过充或加热过程中存在爆炸风险，可能产生压力冲击波，因此产烟试验箱的设计应符合GB150-2011的相关规定，试验箱的设计压力应高于根据T/CEC170-2018中规定的方法测试得到的电池爆炸最大压力，箱体由不锈钢制成，箱体所用钢板厚度宜为8mm,箱体宜安装泄放装置（泄压阀或爆破片）试验箱侧面设有观察窗，观察窗采用防爆玻璃，电池搁置在靠近观察窗一侧，便于观察记录电池产烟情况，观察窗应具备防爆功能试验箱顶部设有取样孔和温控装置，在箱体顶部中心附近开4个孔，插入4根内径为65-10mm的聚四氟乙烯或不锈钢材质的采样管，管壁应与箱体密封箱内管端应在距箱内腔几何中心50mm范围内，箱外管端应装气体开关阀试验箱体应与地面固定，防止因电池爆炸使试验箱震动或挪位

1.5红外光谱仪要求红外光谱仪或红外干涉仪的分辨率N4cmL检测光谱波段在500cm」到4200cmL干涉仪应配置TGS型（环境温度）或MCT型（氮气冷却的）内部高速检测器，扫描时间S3s,光谱之间的间隔必须W15s气体测量室的容量在

0.4L和1L之间

3.6试验装置记录测试参数准确性要求根据GB T36276中A.L1规定，试验装置记录测试参数准确性应符合下列要求a）充放电装置电压、电流的准确度

0.l%FS；b）时间测量装置准确度±

0.ls；c）尺寸测量装置准确度±lmm；d）质量测量装置准确度

0.1%FS,样品测量误差W

0.5%4电池样品烟气产生方法采用过充或加热的方式触发电池产生烟气，具体操作参考GB/T36276中

5.231过充电或加热,或者T/CEC170-2018中

5.7电池致爆的相关要求5电池样品烟气取样时间根据电池样品烟气产生方法，对电池样品进行试验，电池样品有两种典型产烟情况

（1）试验全过程无明火，有烟气；

（2）试验过程中有明火或爆炸等现象，同时有烟气因此，划分电池样品烟气取样时间为两个阶段第一阶段为试验开始至电池明火产生之前的时刻为5此阶段同时也对应第一种情况;第二阶段为实验开始至电池明火/爆炸发生之后不再产烟的时刻为t26试验要求检测烟气毒性的分析方法

6.1FTIR光谱法

6.

1.1原理要鉴定气体成分并确定气体浓度，使用FTIR（傅里叶变换红外）光谱法，这些分子有一个可变或可感应的偶极矩（IR活性分子）通过产烟试验箱导入要分析的气体，这个测量室有用可透过IR（红外线）的材料制成的窗户通过干涉仪将从红外光源发出的多色光线分成两部分，这两部分光线经过不同的光学距离并在它们重组时进行干涉受到干涉的射线穿透气体试样，并在一定的光谱范围内被吸收检测器会记录从测量室溢出的射线强度通过傅里叶变换技术，将检测器信号转换成一定强度光谱根据吸收光谱带的峰强、位置，鉴定要分析的气体，并通过吸收光谱带的面积来确定浓度

6.

1.2FTIR的要求

6.

1.

2.1取样从产烟试验箱中提取烟气试样在L和t2后，FTIR分光计的气体测量室通过取样管导入事先过滤的烟气试样在试验箱外的不锈钢探针接点后面，安装一个三通阀，借助这个三通阀可在环境空气和试验箱取样之间转换在三通阀后安装一个用聚四氟乙烯PTFE制成的烟灰过滤器，过滤器须具有加热功能,须能够将烟气加热到165±15℃,能够简单更换过滤器元件并能适用于165±15的温度取样时须使用流量率4±

0.5L/min的流量计，传送气体使用的软管需用内径为4mm的聚四氟乙烯PTFE制成，1h内须能够承受至少180℃的温度，软管的长度不得超过2m烟气产生试验箱与FTIR的连接见图1其中

1.可选择的计数器

2.泵

3.流量计

4.FTIR气体测量室

5.取样管

6.具有加热功能的过滤器

7.三通阀

8.产烟试验箱

9.带有热电偶的取样探针图1产烟试验箱与FTIR的连接系统测试方法烟气毒性测试试验前先记录背景光谱，安装三通阀，在试验开始后5s时调节三通阀，以便从试验箱出来的烟气充满FTIR气室在试验进行tl后，记录用来定性和定量分析的未知烟气光谱，大约需要15s；在试验进行到ti+15s后停止对烟气取样，然后将三通阀归回原位在试验开始后t2-15s秒时调节三通阀，以便从试验箱出来的烟气充满FTIR气室在试验进行4分钟后,记录用来定性和定量分析的未知烟气光谱，大约需要15秒；在试验进行到t2+15秒后停止对烟气取样，然后将三通阀归回原位数据处理数据取5次试验中数值接近的3次试验数据的平均值在试验后评估测量结果，根据下式计算ti或t2后取样时各种烟气成分的质量浓度Mt xPk「Ci.m=C X-^7-x10-6itV其中Qm在试验ti或t2后，试验箱中i类气体的质量浓度（mg/n）；“在试验L或t2后，试验箱中i类气体（用FTIR测得）的体积分数；Mii类气体的摩尔质量（mg/mol）；P在试验ti或t2后，试验箱中的气压（Pa）；kR摩尔气体常数（R=

8.3145J/（mobK）；T*在试验ti或t2后，试验箱中的气体温度（K）湿化学分析法对于HCN、HCk HBr、HF和SO2的分析可以使用湿化学方法

6.

1.

3.1原理湿化学分析法就是将气体通入吸收溶液后分析吸收溶液的方法通过吸收溶液导入易燃气体的方法在试验后，利用适当的方法，分析这种吸收溶液根据通过吸收溶液导入的气体量和已知的待测气体成分量，可计算取样时易燃气体中的平均浓度（阳/）Ps^VxHx x106PG=N其中生:烟气中i类气体浓度（|ig/L）；内溶液浓度（g/L或者mol/L）；箕溶液体积；H气体常数；mG/mj气体物质中原子和分子重量之比；7通过吸收瓶的气体流速；t液体吸收气体时间

6.

1.

3.2取样在试验开始后，分别在力或t2时测定浓度为了能吸收足够的气体，在每次测量前30秒和每次测量后最多30秒的时间内（即从L-30s到L+30s以及t2-30s到t2+30s）分别吸收取样时，用一个或多个彼此相连的洗瓶吸取易燃气体在这个（些）洗瓶后面各有一个可调节的泵和一个秒表也须测定流过的气体温度根据时间，可测定取样时吸取的气体体积如果使用多条吸收路线，每条路线须连接试验箱的一个出口每条吸收路线的流量率须为21/min如果从一个出口吸取的气体同时用于多次分析，则须在过滤器后安装一个分支，并确保从其中一条路线中吸取的气体不会倒退在第一次测定后，要么更换洗瓶，利用每个取样线路上的转换阀，切换到另一个洗瓶组上在试验箱出口，通过一个加热到至少165土15℃的过滤器吸取易燃气体,过滤器为直径211m的PTFE管这些管道须在产品完全结束试验后清洗，并检查残留污染如果无法充分清洁，就须更换管道测试方法根据ISO19701进行分析，不同气体的操作方法见表2表2气体成分的分析方法气体成分吸收溶液和洗瓶推荐的分析法分析和评估可参照HCN ISO19701:2005,20ml

0.1mol/l NaOH液体离子色谱法HPIC个含玻璃料的洗瓶1HCL和HBR H2O dest.液体离子色谱法HPIC ISO19701:2005,

1.洗瓶

4.

1.2针对HCI和HB「无玻璃料75ml HO,SO22洗瓶

2.针对

4.7SO2含玻璃料150mlH O.2HF各75ml1mol/l NaOH分光光度测定法ISO19701:2005,无玻房料的洗瓶

3.比色测量法参考DIN EN2824中的实验装置和试验方法，对于CCh、CO、HF、HC

1、HCN、NO NOx,SC27种成分，2利用比色量管测定毒性参数通过这七种成分HBr与HC1并为一种成分总和来计算7值，须在力或t2时测定毒性参数C〃值总计至5=

0.08057=11=7c/G7电池烟气毒性评价方法

7.1常规毒性指数CITi=8CIT=

0.0805x、？i=i其中q试验箱中i类气体的浓度mg/n；Gi类气体的基准浓度mg/m3o

0.0805校准因数

7.2有效剂量百分数FEDFED值是通过在试验开始后ti或t2时计算的CIT值以及所检测材料的允许曝光时间来得到的，CIT值是无量纲的，由试验中记录的U或t2时的有毒气体与基准浓度值之比构成，其中基准浓度是以美国NIOSH。