中國儲能網(wǎng)訊：5月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。本次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。
在5月25日上午的“儲能安全與標(biāo)準(zhǔn)檢測認(rèn)證”專場，湖北億緯動力有限公司總監(jiān)蒙玉寶蒙玉寶分享了主題報告《儲能系統(tǒng)安全設(shè)計與實踐》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
蒙玉寶：各位行業(yè)專家、同仁，大家上午好！
因為最近大家對安全比較關(guān)注，我也是從產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計本身看安全方面做了哪些工作，跟各位行同仁匯報。
主要分為三個方面：一、全場景系列儲能產(chǎn)品；二、儲能系統(tǒng)安全設(shè)計；三、項目案例。
一、全場景系列儲能產(chǎn)品
這部分內(nèi)容叫全場景系列儲能產(chǎn)品，因為億緯針對應(yīng)用場景進(jìn)行細(xì)分，不同的產(chǎn)品匹配不同應(yīng)用場景。我們理解電池和系統(tǒng)本身的設(shè)計要和場景匹配，而不是說一款產(chǎn)品能夠滿足所有場景的需求。
我們的應(yīng)用主要分為幾大板塊：1.電力儲能，是電網(wǎng)側(cè)相關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用，主要從發(fā)電、輸配電、用戶側(cè)進(jìn)行產(chǎn)品布局；2.通信儲能，在傳統(tǒng)的通信行業(yè)備電或者循環(huán)型的應(yīng)用；3.家庭儲能，以及在IDC備電這一塊的應(yīng)用場景。
儲能在電網(wǎng)中的功能行業(yè)專家已經(jīng)有很多介紹，在此就不細(xì)說，主要是削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻、平滑接入等。
產(chǎn)品系列，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹當(dāng)中也說了產(chǎn)品主要分為功率型、能量型。因為從電力儲能本身來理解的話，一般都為循環(huán)應(yīng)用，而且對循環(huán)壽命要求比較高，在循環(huán)型的基礎(chǔ)上我們會分為功率型和能量型。我們針對不同場景劃分，功率型主要有50Ah以及90Ah，最高倍率可以達(dá)到5C。能量型是主打大容量電芯，280Ah以及還有300Ah以上。目前來看，針對功率型主要應(yīng)用場景為調(diào)峰、調(diào)頻，目前采用風(fēng)冷設(shè)計，模組串并聯(lián)有1P8S、2P4S，pack一般是16S，零部件都按標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同的串并數(shù)、容量、電壓、尺寸要求快速擴(kuò)展設(shè)計。大家看到我們的pack都是16S。很多同行會問為什么是16S？因為BMS都是12S/24S/36S，采用16S是考慮到未來像電池用了五年八年之后退役，還可以進(jìn)一步應(yīng)用在基站上。因為基站上的電壓是48V，所以16S是基于這個來設(shè)計，提升產(chǎn)品全生命周期的價值和投資回報率。PACK都是前維護(hù)，像風(fēng)扇以及BMU都可以通過拆除前面板來維護(hù)，比較方便。能量型也是風(fēng)冷的設(shè)計，280Ah電芯，也是做到15串（48V）為主。針對風(fēng)冷方案我們都采用電芯間預(yù)留風(fēng)道的設(shè)計，主要功能一是可以更好的扇熱，第二是可以阻隔熱傳導(dǎo)，防止熱蔓延擴(kuò)散。
接下來介紹幾款不同應(yīng)用場景產(chǎn)品的基本性能。這是0.5C的，我們是用280Ah的電芯，1P15S。我們現(xiàn)在儲能從電芯到系統(tǒng)都是針對儲能應(yīng)用場景進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，目前所有的儲能專用電芯都能滿足循環(huán)性能六千次以上。本身280電芯的容量比較大，因為它整個也比較厚，散熱這塊相對于小電芯來說有難處。目前我們這款產(chǎn)品滿足0.5C以下的應(yīng)用場景，溫升大概在6度以內(nèi)，溫差控制在2.1度以內(nèi)，用在削峰填谷、微網(wǎng)以及新能源發(fā)電并網(wǎng)等相關(guān)場景。該產(chǎn)品也做了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測試認(rèn)證，包括歐標(biāo)、美標(biāo)和國標(biāo)。
這是1C的產(chǎn)品，90Ah，2P16S，該產(chǎn)品從2018年開始批量投入到市場中，主要用在電網(wǎng)調(diào)峰以及新能源并網(wǎng)調(diào)節(jié)。從數(shù)據(jù)來看，單個PACK做到9.21度電，本身的溫控性能能做到溫升在10度以內(nèi)，溫差在2.1度內(nèi)。
第三款是針對大倍率2C產(chǎn)品，50Ah，2P16S，目前主要用在調(diào)頻以及備電半小時的IDC應(yīng)用場景，目前兩倍的功率測試性能的溫升小于15度，溫差是2.4度。
這是我們正在開發(fā)的一款針對高比能量的產(chǎn)品，主要是采用液冷技術(shù)，液冷能把以前風(fēng)冷使用的風(fēng)道充分利用，同時可以提高密度，做進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)降本。本身的產(chǎn)品設(shè)計相對比較傳統(tǒng)的集裝箱，單個系統(tǒng)可以做到6個兆瓦時以上，同時可以兼容1500V的系統(tǒng)設(shè)計，可以背靠背地安裝，消防系統(tǒng)可采用pack級控制的噴淋和全浸沒的液體消防方案。
二、儲能系統(tǒng)安全設(shè)計
因為很多安全事故最終表現(xiàn)出來的就是會冒煙、起火或者爆炸，在此之前它更多是從熱失控轉(zhuǎn)變到最終的結(jié)果，熱失控可能會有一系列的引發(fā)因素：像電致熱引發(fā)，有外部短路、內(nèi)部短路。內(nèi)部短路分為生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致的一些毛刺或者粉塵，導(dǎo)致內(nèi)部短路；外部因素，目前很多的針刺以及擠壓等等，可以會導(dǎo)致短路。還有電池本身在整個循環(huán)過程中濫用熱可能會析鋰導(dǎo)致串刺隔膜，導(dǎo)致短路。析鋰主要是由像低溫充放電、過充以等原因?qū)е?。熱引發(fā)也是目前熱蔓延測試的方法，就是通過加熱來導(dǎo)致電池內(nèi)部的隔膜減縮、熔化，而導(dǎo)致內(nèi)部短路進(jìn)一步引發(fā)熱失控。這是熱失控最終導(dǎo)致起火的大概因素，我們可以從這些因素和過程來看產(chǎn)品在設(shè)計和使用過程中可以采取哪些措施。
這是熱失控的過程，主要分為三個階段：第一個是引發(fā)階段，通過加熱、過充的熱失控的過程，我們對它進(jìn)行充電，充到一定電壓，內(nèi)部的電鋰液會分解，分解會產(chǎn)生一系列的氣體，氣體達(dá)到一定壓力，會把電池單體本身的防爆閥沖破，沖破之后會釋放出大量氣體，會有二氧化碳、甲烷、氫氣等氣體。因為整個電鋰液分解是一個放熱過程，同時隔膜有一定的耐溫溫度，在達(dá)到一定溫度的時候，隔膜層會卷縮，卷縮導(dǎo)致正負(fù)極形成可能會短路，迅速放熱，溫度急劇上升，然后溫度達(dá)到可燃物燃燒點，引起起火或爆炸。但可燃?xì)怏w通過測試，從測試燃點來看，一般會達(dá)到600-700度才會燃燒，這是需要有一定的條件。從整個過程，我們可以看到從產(chǎn)品設(shè)計本身要做哪些相應(yīng)的設(shè)計？我們這邊總結(jié)下來可能分為這幾大類：一是電池本身的安全設(shè)計，第二塊是結(jié)構(gòu)設(shè)計以及安規(guī)設(shè)計，像熱設(shè)計、BMS的控制保護(hù)以及整個系統(tǒng)的控制這塊的相關(guān)設(shè)計。
從電池本征，目前基本上基本安全功能都能基本滿足，它的整個結(jié)構(gòu)相對來說有正極負(fù)極、隔膜以及外殼連接、粘結(jié)劑這塊，其實對我整個性能都是有影響的。像剛剛說的我有功率型、能量型等等，不同的電池的類型的材料結(jié)構(gòu)都是不一樣的，所以我們會從各個方面，從原材料角度會針對不同應(yīng)用場景會有側(cè)重。
針對熱失控，對于生產(chǎn)比較重要的是有毛刺或者有粉塵導(dǎo)致熱失控，所以生產(chǎn)管控也是非常重要的。億緯電芯的生產(chǎn)工廠全部采用自動化的生產(chǎn)設(shè)備和過程，整個過程的監(jiān)控點也有兩千多個，包括溫濕度、厚度等等都會有相關(guān)的監(jiān)控，所有的數(shù)據(jù)都是可追溯、可查，能夠更高效地支持整個產(chǎn)品的交付。
電池產(chǎn)品做出來之后，我們也會經(jīng)過一系列的相關(guān)安全測試。所以在剛才說的生產(chǎn)上的短期性能測試，下線之后也會做相應(yīng)的安全測試，包括擠壓、振動、火燒、過充等等，而且都要全部滿足要求。
從系統(tǒng)的設(shè)計本身，因為電力儲能可能跟傳統(tǒng)其他的應(yīng)用場景還不一樣，剛才提到通信或者家庭儲能，電力儲能這塊更多可能是幾千個電芯做成一個系統(tǒng)。所以這一塊怎么能夠把幾千個電芯做好、管理好？因為行業(yè)里面也是主推多支路或者模塊化的管理方式，我們從電池本身來說電池也是傾向于采用多支路的方案，電池不可能做到100%一致，整個全生命周期過程中衰減的不一致星也會對整個方案目前有影響，把它打散之后可以更好使用它的容量性能，能滿足客戶的收益要求。
整個系統(tǒng)監(jiān)控角度，我們有多維的安全監(jiān)測的云平臺，從底端的數(shù)據(jù)采集，像電壓、溫度等數(shù)據(jù)采集，以及中間的管理層、BMS的數(shù)據(jù)分析以及上層云的計算、數(shù)據(jù)的挖掘，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行多維的保護(hù)和管理，因為底層更多是說我把數(shù)據(jù)采集上傳，能夠做相應(yīng)的均衡，能夠讓電芯一致性在可控范圍內(nèi)，避免電芯性能離散化。中間層，更多是從電氣回路做相應(yīng)的保護(hù)，最上層可以做相應(yīng)的運維和預(yù)警。目前行業(yè)說用主動均衡更好，我們的評估是說無論是用被動還是被動，只要達(dá)到均衡效果才能滿足要求。同時，我們從整個性用控制策略來看，包括電壓、溫度、電流以及整個充電的功率，比如說你2C的，你的參數(shù)和0.5C的參數(shù)不一樣，所以我們會針對應(yīng)用場景會有所側(cè)重地調(diào)節(jié)參數(shù)的控制。
因為充放電曲線以及內(nèi)阻以及不同倍率的CCV都不一樣，而且它在前期，比如你最開始的第一年和第五年的曲線都不一樣，所以策略這一塊我們也是側(cè)重有變化的參數(shù)的調(diào)節(jié)控制。
從整個系統(tǒng)的故障診斷來說，我們會把整個系統(tǒng)所有關(guān)鍵的點納入到整個監(jiān)控范圍內(nèi)，像不一致性故障診斷、絕緣故障、傳感器故障、連接件的故障，我們之前碰到過連接件的故障，它主要是在正極、負(fù)極或者關(guān)鍵連接點出現(xiàn)過熱，這一塊我們都會布相關(guān)的采溫點，能夠把風(fēng)險點及時識別到，還有包括BMS故障，包括本身硬件及通訊故障等等，我們都會相應(yīng)故障診斷功能。
這是整個云平臺的介紹。從中間這個圖可以看到本身電氣架構(gòu)的哪個點有問題，另外里面所有的溫度點都可以通過3D可視化的視圖，可以看到哪個溫度點有高溫或者有異常，能夠做提前的預(yù)警與運維。
這是從安全消防的角度，我們目前也是對比了多種消防技術(shù)去做相關(guān)的測試，目前來看可能水是對降溫效果最好的，但是這只是在PACK層級或者模組層級來講是比較好的。但是從電池系統(tǒng)層級，目前我們也沒有驗證過，因為有可能說用水會導(dǎo)致短路而引發(fā)更大的事故，目前可能這個還要進(jìn)一步驗證。但目前來看，液體降溫效果是最好的，像海水降溫速度可以達(dá)到35度/分鐘。
基于比較好的液體消防的效果，我們?nèi)ツ暌步桓读艘惶紫到y(tǒng)，我們是采用全氟己酮，我們會把全氟己酮通過管道通到每個PACK，每個PACK后面有一個電磁閥，比如我檢測到有相應(yīng)的pack溫度異?；蛘邫z測到可燃?xì)怏w，我會通過控制系統(tǒng)把電磁閥打開，能夠精準(zhǔn)地對單個PACK進(jìn)行滅火。本身的系統(tǒng)我們也是采用多隔艙的設(shè)計，分八個隔艙，每個隔艙有單獨的消防系統(tǒng)、有單獨的溫控，這是對安全設(shè)計做的比較完備的系統(tǒng)。
三、相關(guān)案例
億緯從2016年開始做儲能，總共累計交付項目超過2.5GWh，主要是分布在國內(nèi)及北美、南太相關(guān)區(qū)域和國家。這是我們2020年交付96MWh在青海光儲項目的1C系統(tǒng)。這是調(diào)頻的項目，我們除了在廣東，還有在內(nèi)蒙也有其他項目在交付，2C的系統(tǒng)。這是2018年評高的項目，9.6MWh。這是用戶側(cè)，累計超過100MWh。
以上是我的報告，謝謝！
