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高泰昊能張偉峰:BMS對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值最大化的影響

作者:中國儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 來源:數(shù)字儲(chǔ)能網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2020-11-19 瀏覽:

中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:11月10-11日,由湖南省能源局指導(dǎo),中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的“第三屆全國電源側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會(huì)”在長沙華天酒店召開。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商等領(lǐng)域的400余人參加了本次研討會(huì)。

會(huì)議期間,浙江高泰昊能科技有限公司董事長張偉峰分享了主題報(bào)告《BMS對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值最大化的影響》。中國儲(chǔ)能網(wǎng)對(duì)其演講內(nèi)容進(jìn)行了梳理,并在此分享給大家,供大家學(xué)習(xí)、交流。演講內(nèi)容如下:

張偉峰:今天和大家一起探討B(tài)MS系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值關(guān)系或者說是對(duì)他的影響。

首先簡單介紹一下高泰昊能,我們是成立2010年9月,這10年里面只做鋰電池的管理,我們?cè)谛袠I(yè)里面目前是在三個(gè)細(xì)分行業(yè),儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、智能鋰電,都是圍繞電池管理做細(xì)。

這是公司的簡單的情況,包括汽車行業(yè)的品質(zhì)管理體系,16949和一些專利的技術(shù)。

現(xiàn)在簡單分析儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值的簡單計(jì)算,剛才馮總分析系統(tǒng)的投資價(jià)值,我們是做設(shè)備,也要關(guān)心整個(gè)系統(tǒng)的投資,產(chǎn)業(yè)鏈真正的循環(huán)起來,真正有現(xiàn)金流,我們整個(gè)行業(yè)才是可持續(xù)發(fā)展,作為設(shè)備廠家來講,最重要是如何保證系統(tǒng)在安全可靠、長期可運(yùn)行,長期可以制造出價(jià)值,這是我們作為底層設(shè)備供應(yīng)商的價(jià)值所在。

系統(tǒng)產(chǎn)出價(jià)值是初始投資成本,要減去系統(tǒng)運(yùn)營成本和安全成本,安全成本很大的問題在于他不是一成不變的,他是隨著時(shí)間變化的,就像剛才數(shù)字孿生一樣的,所有東西系統(tǒng)是活的,是動(dòng)態(tài)發(fā)展的,所以要有一種手段和方法評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè),所以我們整個(gè)行業(yè)內(nèi)不管是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界都在往這個(gè)方向努力。

安全成本最大的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是隨著時(shí)間增加而增加,要有手段去識(shí)別。

再細(xì)化一點(diǎn),產(chǎn)出價(jià)值里面是希望系統(tǒng)能運(yùn)行十年甚至二十年,這是我們的目標(biāo),而且運(yùn)行的時(shí)間剛才也講了運(yùn)行時(shí)間越長,整個(gè)系統(tǒng),器件的損傷、老化都會(huì)產(chǎn)生一些后果,這些后果在系統(tǒng)里面能不能識(shí)別,如果不能識(shí)別的話就可能產(chǎn)生安全成本,這個(gè)安全成本很可能是我們不太恰當(dāng)?shù)谋扔魇切列量嗫嗷氐浇夥徘傲?,你整個(gè)的系統(tǒng)毀于一旦。所以安全成本等于0,這是我們追求的目標(biāo)。

運(yùn)營成本,這也是不可小覷的,投資回報(bào)的角度,大家都有投資模型,這個(gè)模型做一些運(yùn)營的假設(shè),運(yùn)營假設(shè)前提取決于系統(tǒng)里面的各個(gè)零部件的質(zhì)量,他的安全性和可靠性以及長期的可靠性。還包括這個(gè)過程當(dāng)中,電池本身的潛力能不能充分的挖掘出來,充分的把壽命延長。

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為底層的核心要求有三個(gè)部分,安全、可靠、低成本。

安全,目前可以分為三個(gè)層面的劃分,故障診斷,這是最基礎(chǔ)層面,有故障必須要知道;安全診斷,不一定體現(xiàn)出故障,但是可能有安全的問題;安全控制,出現(xiàn)安全問題怎么控制,涉及到系統(tǒng)的安全成本,一句話是防范于未然。

可靠,是指長期不間斷的工作。穩(wěn)定執(zhí)行應(yīng)有的功能,延長使命壽命,如果延長不了,要及時(shí)更換,不影響運(yùn)營。

低成本,初始成本和運(yùn)營成本和安全成本。

談到安全,安全的標(biāo)準(zhǔn),目前來講,IEC61508是20年前提出的工業(yè)界的安全標(biāo)準(zhǔn),是普適的標(biāo)準(zhǔn),提供了一些概念和方法論,他不針對(duì)特別的行業(yè),只是針對(duì)工業(yè)界,原理性的東西。針對(duì)不同的行業(yè),基本上針對(duì)汽車工業(yè)、航空工業(yè)、醫(yī)療器械工業(yè),都有細(xì)分的安全的標(biāo)準(zhǔn),比如說跟我們儲(chǔ)能系統(tǒng)里面比較接近的是汽車工業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262,針對(duì)特定行業(yè)的具體的落實(shí)。那么從26262的角度來講,如果我們出現(xiàn)的安全的事項(xiàng)帶來的后果極其嚴(yán)重的話,安全功能的級(jí)別來講會(huì)按ASILC。

安全目標(biāo),為了定義安全,什么是安全,26262里面有基本的定義,單點(diǎn)故障,整個(gè)系統(tǒng)里面只要發(fā)生一個(gè)點(diǎn)的故障,整個(gè)系統(tǒng)就出現(xiàn)了故障,并且會(huì)影響安全目標(biāo);如果兩個(gè)故障同時(shí)發(fā)生,才可能出現(xiàn)影響,這是雙點(diǎn)故障。儲(chǔ)能系統(tǒng)最高級(jí)別的安全目標(biāo),系統(tǒng)不能起火,從最高點(diǎn)的目標(biāo)不斷的往下細(xì)分,電子系統(tǒng)不能起火,PCS不能起火、匯流柜不能起火。這是一層層的架構(gòu),核心的方法是什么,就是識(shí)別并且消除單點(diǎn)故障,雙點(diǎn)故障同時(shí)出現(xiàn)的概率非常小,要想完全控制他,所需要的成本非常高,大部分情況下只要把所有的可能存在的單點(diǎn)故障識(shí)別出來,就可以證明自己達(dá)到多少的ASIL級(jí)別。

這是基本的所謂安全等級(jí)示意圖,三個(gè)維度來定義的,暴露度、嚴(yán)重度、可控度,映射到儲(chǔ)能系統(tǒng)里面是無人值守的,一旦發(fā)生導(dǎo)致安全問題的故障,人是沒有辦法直接干預(yù),控制度比較小,同時(shí)一旦起火之后損失是非常嚴(yán)重的,所以按照表格來講,至少要對(duì)應(yīng)C3和S3,也就是對(duì)應(yīng)ASILC/D。

案例一,這是常見的三層架構(gòu)的電池簇,這是KM1,斷流器,如果發(fā)生黏連無法斷開,但是要有效的診斷,你得做一些安全的控制,如果說控制不了,或者說根本無法診斷的話,QF1是常閉狀態(tài)的,無法有效斷開,電池很有可能處于不安全的持續(xù)充電狀態(tài)。

案例二,主動(dòng)均衡的案例,現(xiàn)在大家常見的做法是在電池端有一個(gè)開關(guān)矩陣,主要的目的是為了做復(fù)用,存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是這個(gè)開關(guān)會(huì)失效,失效怎么辦?會(huì)有什么后果?假設(shè)像這種K2發(fā)生黏連,無法斷開,也無法檢測(cè),如果做檢測(cè)的話成本非常高,如果選擇其中的一個(gè)電池進(jìn)行均衡,但是這時(shí)候另外一個(gè)電池開關(guān)已經(jīng)黏連了,這兩個(gè)電池之間相互發(fā)生了短路,短路的風(fēng)險(xiǎn)是比較大的,輕則板子燒了,重則電池引爆。

案例三,這是整個(gè)系統(tǒng)上面的安全怎么來防范系統(tǒng)的著火,也就是剛才說的26262的方法,一層層的進(jìn)行分解,比如說要想辦法,單個(gè)電芯失效并且著火,首先不把他變成單點(diǎn)故障,就是單個(gè)電芯起火,也不能導(dǎo)致系統(tǒng)起火。這就對(duì)電芯和PACK提出要求,比如說及時(shí)的滅火,通過聯(lián)動(dòng),各個(gè)設(shè)備廠家相互的共同的提高和探討這方面有很多文章可以做。

這是可靠性方面的介紹,先過了,主要的概念是FIT值,就是多少個(gè)devciehours的情況下有失效,很經(jīng)典的可靠性評(píng)價(jià)體系。

安全可靠的實(shí)現(xiàn)途徑,原理上來講有哪些,哪些可以遵循,簡單來講原則,我覺得主要分為四各方面,設(shè)計(jì)方面、測(cè)試方面、生產(chǎn)方面、運(yùn)營方面。

設(shè)計(jì)方面,我們要依靠嚴(yán)格的開發(fā)流程和質(zhì)量體系,遵循軟件開發(fā)的過程,比如說ASPICE,這是非常嚴(yán)格的軟件開發(fā)流程,功能安全標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理體系。通過這幾個(gè)來控制開發(fā)過程,同時(shí)在你具體的設(shè)計(jì)上面選型、車規(guī)級(jí)器件、冗余、溫度控制、EMS等等都是常規(guī)的技術(shù)手段,但是不要有僥幸心理,因?yàn)槲覀円话銇碇v所有的器件都是會(huì)失效,不要認(rèn)為工作5年不失效,都是會(huì)失效,只是時(shí)間長短的問題。

測(cè)試方面,從整個(gè)開發(fā)過程來講,單元測(cè)試到系統(tǒng)測(cè)試,模型仿真、臺(tái)架驗(yàn)證等等,一系列的測(cè)試是保證你產(chǎn)品是長期可靠的一種基本手段。

生產(chǎn)方面,最重要是要有高端的自動(dòng)化生產(chǎn),測(cè)試覆蓋率的完整性,進(jìn)行高溫老化的出廠測(cè)試,解決早期老化的問題。

運(yùn)營方面,智能化的故障診斷,安全診斷和控制,大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。為什么電池系統(tǒng)比較難,因?yàn)槭腔畹南到y(tǒng),是隨著時(shí)間在變,每個(gè)個(gè)體的差異性比較大。

這是車規(guī)級(jí)產(chǎn)品開發(fā)的V型產(chǎn)品開發(fā)流程,不展開說了。

簡單看一下,加速老化測(cè)試這是可靠性測(cè)試的一種手段,這種是臺(tái)架自動(dòng)回歸測(cè)試,我們自己開發(fā)的一個(gè)臺(tái)架測(cè)試,針對(duì)不同的項(xiàng)目在計(jì)算機(jī)上做自動(dòng)化測(cè)試的軟件,會(huì)把每個(gè)需求都設(shè)置好。

這是測(cè)試,包括EMC和電芯的標(biāo)定和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。

簡單的比較整車和儲(chǔ)能,我們公司也做整車,所以這個(gè)方面對(duì)車和儲(chǔ)能這兩個(gè)有共同點(diǎn)和差異點(diǎn)簡單的對(duì)比,車上三層架構(gòu),典型的車的電子架構(gòu)示意圖,這是儲(chǔ)能典型的示意圖。根據(jù)對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)的理解對(duì)比可以簡單來看,對(duì)于要求,大部分都是重疊的,只是說有一些個(gè)別的地方,比如說儲(chǔ)能里面他的溫度點(diǎn)的采集要多一點(diǎn),同時(shí)他的串?dāng)?shù)大一點(diǎn),儲(chǔ)能里面也有好處,抗振動(dòng)要求沒有,工作環(huán)境的溫度相對(duì)可控,不像汽車上面-40度到105度,工況比較復(fù)雜,儲(chǔ)能上規(guī)則還是比較確定的,是特定規(guī)則的。儲(chǔ)能上的標(biāo)準(zhǔn)化是比較好做的,汽車上不同的車型標(biāo)準(zhǔn)化很難做。

通過這兩個(gè)典型的應(yīng)用,汽車和儲(chǔ)能的典型應(yīng)用可以簡單的歸納,也就是利用汽車級(jí)電池管理的要求,或者說按照16949和ISO26262的思想的指導(dǎo)下進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì),可以在方法論上達(dá)到安全可靠的目標(biāo)。

低成本等于運(yùn)營效率提高,這個(gè)不多說了。

BMS功能的分層介紹一下,這是我們把BMS整體的功能進(jìn)行分層的表達(dá)。最底層是安全可靠的硬件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)測(cè)試,中間是狀態(tài)的獲取或者是直接測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取,中間是狀態(tài)的評(píng)估和分析,上面是整體的運(yùn)行策略控制,根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)系統(tǒng)功能,根據(jù)安全性的策略,包括剛才說的這種電池的活的狀態(tài)的跟蹤識(shí)別,來進(jìn)行一些控制。

這里簡單介紹下均衡的方案?,F(xiàn)在大家講的比較多,尤其是對(duì)于儲(chǔ)能來講,均衡普遍的是被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡,被動(dòng)均衡都知道初始成本比較低,最大的缺點(diǎn)是均衡能力相對(duì)弱一點(diǎn),電芯質(zhì)量一致性提高,被動(dòng)均衡也是可以用的。主動(dòng)均衡可以有較大的均衡能力,但是這里面有個(gè)問題是剛才也講了主動(dòng)均衡要避免失效,失效帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。這塊我們現(xiàn)在高泰昊能所做的主動(dòng)均衡的方案,就是每個(gè)電芯平均在2A的主動(dòng)均衡能力,不做復(fù)用的,因?yàn)樯婕暗桨踩L(fēng)險(xiǎn),另外的優(yōu)點(diǎn)是沒有瓶頸,每一個(gè)電芯都可以同時(shí)又2A的均衡能力,這樣的話,均衡的速度和效率就很高。

我們的產(chǎn)品線,分為儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、智能鋰電。高泰昊能致力做能源和信息技術(shù)領(lǐng)域可信賴的產(chǎn)品和服務(wù)的平臺(tái)供應(yīng)商。

我的分享就到這里,謝謝大家。

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