中國儲能網(wǎng)訊：5月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構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，推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。
在5月25日上午的“儲能安全與標準檢測認證”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)安全設計與實踐》。經演講人本人授權同意，小編整理了演講速記，并將速記內容分享如下：
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注，我也是從產品開發(fā)、產品設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、全場景系列儲能產品；二、儲能系統(tǒng)安全設計；三、項目案例。
一、全場景系列儲能產品
這部分內容叫全場景系列儲能產品，因為億緯針對應用場景進行細分，不同的產品匹配不同應用場景。我們理解電池和系統(tǒng)本身的設計要和場景匹配，而不是說一款產品能夠滿足所有場景的需求。
我們的應用主要分為幾大板塊：1.電力儲能，是電網(wǎng)側相關的產品應用，主要從發(fā)電、輸配電、用戶側進行產品布局；2.通信儲能，在傳統(tǒng)的通信行業(yè)備電或者循環(huán)型的應用；3.家庭儲能，以及在IDC備電這一塊的應用場景。
儲能在電網(wǎng)中的功能行業(yè)專家已經有很多介紹，在此就不細說，主要是削峰填谷、調峰調頻、平滑接入等。
產品系列，相關標準介紹當中也說了產品主要分為功率型、能量型。因為從電力儲能本身來理解的話，一般都為循環(huán)應用，而且對循環(huán)壽命要求比較高，在循環(huán)型的基礎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，針對功率型主要應用場景為調峰、調頻，目前采用風冷設計，模組串并聯(lián)有1P8S、2P4S，pack一般是16S，零部件都按標準模塊化設計，可根據(jù)不同的串并數(shù)、容量、電壓、尺寸要求快速擴展設計。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，還可以進一步應用在基站上。因為基站上的電壓是48V，所以16S是基于這個來設計，提升產品全生命周期的價值和投資回報率。PACK都是前維護，像風扇以及BMU都可以通過拆除前面板來維護，比較方便。能量型也是風冷的設計，280Ah電芯，也是做到15串（48V）為主。針對風冷方案我們都采用電芯間預留風道的設計，主要功能一是可以更好的扇熱，第二是可以阻隔熱傳導，防止熱蔓延擴散。
接下來介紹幾款不同應用場景產品的基本性能。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)都是針對儲能應用場景進行開發(fā)設計，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。目前我們這款產品滿足0.5C以下的應用場景，溫升大概在6度以內，溫差控制在2.1度以內，用在削峰填谷、微網(wǎng)以及新能源發(fā)電并網(wǎng)等相關場景。該產品也做了一系列相關標準的測試認證，包括歐標、美標和國標。
這是1C的產品，90Ah，2P16S，該產品從2018年開始批量投入到市場中，主要用在電網(wǎng)調峰以及新能源并網(wǎng)調節(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，溫差在2.1度內。
第三款是針對大倍率2C產品，50Ah，2P16S，目前主要用在調頻以及備電半小時的IDC應用場景，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品，主要是采用液冷技術，液冷能把以前風冷使用的風道充分利用，同時可以提高密度，做進一步的結構降本。本身的產品設計相對比較傳統(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變到最終的結果，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、內部短路。內部短路分為生產缺陷導致的一些毛刺或者粉塵，導致內部短路；外部因素，目前很多的針刺以及擠壓等等，可以會導致短路。還有電池本身在整個循環(huán)過程中濫用熱可能會析鋰導致串刺隔膜，導致短路。析鋰主要是由像低溫充放電、過充以等原因導致。熱引發(fā)也是目前熱蔓延測試的方法，就是通過加熱來導致電池內部的隔膜減縮、熔化，而導致內部短路進一步引發(fā)熱失控。這是熱失控最終導致起火的大概因素，我們可以從這些因素和過程來看產品在設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，我們對它進行充電，充到一定電壓，內部的電鋰液會分解，分解會產生一系列的氣體，氣體達到一定壓力，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，在達到一定溫度的時候，隔膜層會卷縮，卷縮導致正負極形成可能會短路，迅速放熱，溫度急劇上升，然后溫度達到可燃物燃燒點，引起起火或爆炸。但可燃氣體通過測試，從測試燃點來看，一般會達到600-700度才會燃燒，這是需要有一定的條件。從整個過程，我們可以看到從產品設計本身要做哪些相應的設計？我們這邊總結下來可能分為這幾大類：一是電池本身的安全設計，第二塊是結構設計以及安規(guī)設計，像熱設計、BMS的控制保護以及整個系統(tǒng)的控制這塊的相關設計。
從電池本征，目前基本上基本安全功能都能基本滿足，它的整個結構相對來說有正極負極、隔膜以及外殼連接、粘結劑這塊，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構都是不一樣的，所以我們會從各個方面，從原材料角度會針對不同應用場景會有側重。
針對熱失控，對于生產比較重要的是有毛刺或者有粉塵導致熱失控，所以生產管控也是非常重要的。億緯電芯的生產工廠全部采用自動化的生產設備和過程，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品的交付。
電池產品做出來之后，我們也會經過一系列的相關安全測試。所以在剛才說的生產上的短期性能測試，下線之后也會做相應的安全測試，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)的設計本身，因為電力儲能可能跟傳統(tǒng)其他的應用場景還不一樣，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，能夠對整個系統(tǒng)進行多維的保護和管理，因為底層更多是說我把數(shù)據(jù)采集上傳，能夠做相應的均衡，能夠讓電芯一致性在可控范圍內，避免電芯性能離散化。中間層，更多是從電氣回路做相應的保護，最上層可以做相應的運維和預警。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，所以我們會針對應用場景會有所側重地調節(jié)參數(shù)的控制。
因為充放電曲線以及內阻以及不同倍率的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重有變化的參數(shù)的調節(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)所有關鍵的點納入到整個監(jiān)控范圍內，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、負極或者關鍵連接點出現(xiàn)過熱，這一塊我們都會布相關的采溫點，能夠把風險點及時識別到，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去做相關的測試，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致短路而引發(fā)更大的事故，目前可能這個還要進一步驗證。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到35度/分鐘。
基于比較好的液體消防的效果，我們去年也交付了一套系統(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的pack溫度異?；蛘邫z測到可燃氣體，我會通過控制系統(tǒng)把電磁閥打開，能夠精準地對單個PACK進行滅火。本身的系統(tǒng)我們也是采用多隔艙的設計，分八個隔艙，每個隔艙有單獨的消防系統(tǒng)、有單獨的溫控，這是對安全設計做的比較完備的系統(tǒng)。
三、相關案例
億緯從2016年開始做儲能，總共累計交付項目超過2.5GWh，主要是分布在國內及北美、南太相關區(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)。這是調頻的項目，我們除了在廣東，還有在內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，累計超過100MWh。
以上是我的報告，謝謝！
