中國儲能網(wǎng)訊：在喧囂內(nèi)卷過后，儲能產(chǎn)業(yè)忽而倍顯疲態(tài)，電化學儲能的安全風險是一個重要的堵點。
尤其在追求極致降本過程中，儲能已邁進“大容量”時代，儲能電站的經(jīng)營價值愈加受到安全管理或控制系統(tǒng)方面的限制，增加消防層級的傳統(tǒng)安全管理手段已經(jīng)“捉襟見肘”。
在“卷”氣盛行的當下，究竟如何平衡儲能成本與安全？海內(nèi)外的火災事故頻發(fā)，儲能的下一程，該怎么走？也許，還是要回歸從電池管理上找答案。
本著“BMS于儲能安全之巔，尋求超越”的愿景，高特電子于11月29日舉行“探索·共生·向未來”新品發(fā)布會，重磅推出新一代BMS、高壓箱及故障錄波裝置，以全新顛覆性的設(shè)計，為儲能的“新未來”拉開序幕。
01
儲能“新一春”
高度依賴BMS
新能源大基地、能源交易大平臺，在清潔能源劃時代的發(fā)展進程中，儲能也必在走向大規(guī)模、大容量。伴隨314Ah、甚至600+儲能大電芯的問世，標準20尺集裝箱儲能系統(tǒng)的容量也從3MWh邁向了5MWh、甚至7MWh，隨之而來的安全風險等級也在同步劇增。
中電聯(lián)的2024年第三季度儲能運行數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)已投運電化學儲能電站利用率僅有37%，離真正實現(xiàn)設(shè)計100%目標還有巨大空間。然而更多從業(yè)者對此表示擔憂，一旦交易模式、盈利模式窗口打開，儲能利用率實現(xiàn)突破，在頻繁充放電狀態(tài)下，儲能系統(tǒng)的運行效率、尤其儲能的安全性愈加難以掌控。
近半年內(nèi)，又有超4萬多家新注冊的企業(yè)入局儲能?？吹皆S多企業(yè)以低價攫取儲能市場份額時，資深從業(yè)人員往往不只是震驚、更是深感“恐懼”：低價產(chǎn)品是否具有完備的功能？劣質(zhì)產(chǎn)品的入場一旦發(fā)生問題，甚至會威脅到電力系統(tǒng)的運行，令整個儲能行業(yè)痛失市場。
儲能“能不能用”也許可以依靠政策疏導，但客戶或電力系統(tǒng)“敢不敢用”，才是影響未來儲能市場增長的真正要因。
而在平衡儲能的安全與成本的過程中，BMS電池管理系統(tǒng)將是影響下一代儲能系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)的重要因素，因此BMS在儲能系統(tǒng)內(nèi)的含金量與日俱增。BMS的優(yōu)劣將影響儲能系統(tǒng)的安全性；而未來儲能的響應(yīng)能力和收益能力高低，也將取決于BMS的管理能力。
在新品發(fā)布會上，高特電子對BMS做出了全新解讀：Best、Money-saving、Senstive。在他們看來，目前的儲能安全防護仍面臨多重難點，解決之道，則要從“內(nèi)部感知”出發(fā)。
02
“超感知”BMS
安全更“近”一步
為了助力儲能系統(tǒng)實現(xiàn)更低成本、更高集成，儲能BMS其實也正在走向“集”致追求。高特獨有的一體化CCS設(shè)計方案，通過將傳統(tǒng)CCS、單線制溫度傳感器和安全閥傳感器集于一體，減少排線，節(jié)約成本、降低生產(chǎn)難度和制造風險。同時也可以監(jiān)測更多電芯參數(shù)，提高電芯監(jiān)測數(shù)據(jù)的整性和實時性，實現(xiàn)電芯安全預警。
隨著行業(yè)對安全性要求逐步提高，當前儲能CCS設(shè)計的功能短板也開始顯現(xiàn)。作為儲能領(lǐng)域第三方BMS的資深專家，高特電子為了尋找“更快、更精準感知溫升”的最優(yōu)解法，選擇了自主研發(fā)設(shè)計內(nèi)部硬件為突破口。
首先，對于磷酸鐵鋰電池來說，溫度變化是熱失控的最直觀表現(xiàn)，也是儲能安全監(jiān)控的最重要指標。
然而，當前業(yè)內(nèi)儲能電池Pack產(chǎn)品設(shè)計能力不一，電芯溫度傳感器的位置存在差異會影響溫升感知能力；而受制于行業(yè)低價內(nèi)卷限制，目前業(yè)內(nèi)對儲能電芯配置的溫度傳感器數(shù)量有限；而且，傳統(tǒng)各種溫敏探頭均采用外部引線，存在一定失效風險，可能存在測溫不準確、成本高等問題；疊加感知芯片接收和傳輸數(shù)據(jù)能力受限，最終都會增加電芯熱失控和發(fā)生火災的風險。
為此，高特電子推出了重新設(shè)計的“超感知”溫度傳感器。通過采用芯片級塑封封裝工藝、內(nèi)部管腳冗余設(shè)計，獨特的金屬于傳導方式，可以更精準檢測每個電芯的溫度及溫度的快速變化狀態(tài)。通過芯片、鎳片與鋁巴焊接和方式，實現(xiàn)全金屬于傳導，助力將溫度響應(yīng)提升3倍，提高溫度感知敏感性和精度。從而實現(xiàn)電池溫度的快速檢測，以達到“更”早期識別風險、安全預警的目標。
更重要的是，安全閥狀態(tài)其實是電芯熱失控、發(fā)生化學反應(yīng)的重要依據(jù)，但傳統(tǒng)設(shè)計方案中這部分由于技術(shù)難度和成本等方面的原因卻未被有效監(jiān)測，電芯全覆蓋更是難上加難。
而高特電子堅持“自動感知”理念，首次將安全閥納入監(jiān)測范圍，可以提前感知電芯異常狀態(tài)，并在安全閥打開第一時間報警，比隱患更快一步發(fā)出預警信號，比傳統(tǒng)艙級氣體探測熱失控狀態(tài)提前15-30分鐘，為后續(xù)啟動應(yīng)急措施預留充分的時間，以“預防、聯(lián)動、可控”的方式可以實現(xiàn)精準熱失控管理，將熱失控抑制在明火前的狀態(tài)，確保不因單電芯熱失控而發(fā)生熱擴散的儲能安全事故，將損失降低至最小。
基于以上技術(shù)和設(shè)計的創(chuàng)新，高特電子首次將安全閥狀態(tài)檢測與電壓采集、溫度采集三大功能集為一體，打造出全球首創(chuàng)的第二代BMS。
不過，隨著傳感器和傳感點位的增加，相關(guān)零部件也必然帶來成本的增長。而高特電子在自研硬件的技術(shù)創(chuàng)新能力的支撐下，同時憑借芯片級的自動化產(chǎn)線提升生產(chǎn)效率、降低人力成本，推動降低全生命周期運維成本，最終實現(xiàn)成本更優(yōu)的CCS一體化設(shè)計。
03
儲能“黑匣子”
排除溯源定責難題
在上述數(shù)據(jù)全面監(jiān)測之外，當下儲能的安全防護還有另一痛點，就是事故“再發(fā)率”相對較高，如韓國即使調(diào)整政策也無法阻止阻止事故再發(fā)，德國甚至有同一地點連發(fā)三起儲能火災的案例。
而且，引發(fā)儲能事故的責任方也無法準確判定。作為一種匯集多種學科、高度集成的設(shè)備，電化學儲能系統(tǒng)各部件供應(yīng)商之間推諉責任也無法避免。
究其根本原因，是目前儲能電站普遍缺少事故追憶設(shè)備及手段，這導致故障后事故原因分析、責任認定十分困難。
但要知道，航空等領(lǐng)域發(fā)生安全事故概率已經(jīng)極低，因為在“黑匣子”的幫助下，事故原因解讀已變得相對容易。儲能也急需這種黑匣子，尤其需要事故記憶恢復功能。
作為儲能系統(tǒng)最核心的智能大腦，儲能BMS已經(jīng)不僅僅要執(zhí)行電池狀態(tài)“觀察員”的職責，更要走向“智能化”決策者的身份。因此，高特電子將“故障錄波”納入儲能系統(tǒng)。
為了深度識別儲能安全風險點、辨別事故真因，以及真正實現(xiàn)“極早期”安全預警，高特電子的“故障錄波”設(shè)備不僅面向BMS，更可以對PCS、消防等儲能系統(tǒng)內(nèi)各核心設(shè)備信息進行全面采集記錄。超大內(nèi)存空間，可以存儲超3萬條故障信息，以及實現(xiàn)毫秒級故障數(shù)據(jù)存儲。同時也可以根據(jù)數(shù)據(jù)智能分析故障原因，甚至可以提前預警，為日常運行中的儲能設(shè)備排除隱患。
而且，作為儲能的“黑匣子”，它首先要保證事故記錄的完整性，尤其要保證本身可以抵擋儲能火災和救援過程中各類可能的侵害。高特電子的故障錄波設(shè)備經(jīng)過驗證，采用了高性能的材料，保障防水、且能抵抗各類沖擊。
在這樣堅強外殼的保護下，儲能故障錄波裝置才能發(fā)揮智能安全預警、數(shù)據(jù)追溯等功能，并為儲能電站投資運營商、儲能行業(yè)新興的保險業(yè)務(wù)提供服務(wù)。也正因為功能更強、運行更穩(wěn)定，高特電子的故障錄波產(chǎn)品已經(jīng)得到電科院等機構(gòu)的高度認可與應(yīng)用。
04
“隱形設(shè)備”高壓箱
守住電氣安全關(guān)口
拆解真實的儲能系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，BMS雖作為一個獨立命名的功能性設(shè)備，但其部件是分散在儲能系統(tǒng)的多個層級，除了電芯外附著甚至電芯內(nèi)置的傳感器、電池PACK模組的CCS，還有BMS主控單元，它其實位于被稱為儲能“安全保衛(wèi)部”的高壓箱內(nèi)，而這一至關(guān)重要的部件目前很少受到關(guān)注和重視。
高壓箱全稱是高壓電控箱，其內(nèi)部配有主控板、斷路器、斷電器件等，主要發(fā)揮著故障急停和檢修時逐級斷開系統(tǒng)的功能，確保電池儲能的電氣安全。在安全和成本的沖擊中，儲能高壓箱同樣也面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。在大容量電芯和高電壓運行情況下，如果高壓箱內(nèi)環(huán)境污染惡化，極易造成拉弧現(xiàn)象，導致高壓箱被燒毀，最終BMS失效，那么所有的數(shù)據(jù)監(jiān)測、安全預警也許都是空談。
為此，高特電子也重點針對高壓箱做了全新升級，全球首發(fā)的高安全性塑殼一體化高壓箱，通過高絕緣性、高耐腐性、高耐熱性的材料，保障高壓箱穩(wěn)定工作；而高壓箱的分艙設(shè)計，則將各主器件之間進行物理分隔設(shè)計、杜絕拉弧風險，保障在潮濕、鹽霧等惡劣環(huán)境中正常運行，避免高壓箱引起儲能安全事故。
而為了有效控制成本，高特電子將高壓箱分為上殼體、主體、下殼體“三明治”分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，外殼采用了PBT+GF30為原料的注塑工藝， 替代傳統(tǒng)標準儲能高壓箱的鈑金結(jié)構(gòu)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時有效減輕產(chǎn)品重量。而且這種設(shè)計中將主體元件位置固定，以此降低裝配錯誤風險、簡化裝配工序、提升裝配效率。
在以上設(shè)計方案下，高特電子的高壓箱的重量減少30%、尺寸進一步優(yōu)化，節(jié)省了20%空間，高壓箱成本也降低5%~10%，有效助力儲能系統(tǒng)的更高能量密度、更高集成度的追求。
05
結(jié)語
BMS不僅穿梭于每一個儲能單元之間，更是未來儲能實現(xiàn)交互交易的技術(shù)生態(tài)根基。
此次高特電子發(fā)布的系列新品已經(jīng)讓業(yè)界看到，儲能的安全不僅限于單純的電池管理，更需要更快感知、更高防護、以及歷史數(shù)據(jù)溯源等新功能；面向未來，高特電子此刻的布局將有望助力儲能實現(xiàn)更高安全、更優(yōu)收益、智慧運維的運營模式。
在“高瞻遠矚、特立遠行”的愿景下，高特電子在持續(xù)深耕和拓展核心技術(shù)研發(fā)之外，正在追求通過“由外而內(nèi)”的深入感知，推動儲能安全防護技術(shù)手段革新。
也許，儲能未來應(yīng)用場景、未來市場機遇充滿未知，而儲能BMS的未來、甚至儲能系統(tǒng)的未來，已被高特電子揭曉。
