先进储能电站的设计与实践 电力储能技术总监：蒙玉宝 目录 1. 储能应用痛点 2. 先进储能电站设计与实践 3. 项目实践案例 01 储能应用痛点 www.evebattery.com 痛点1：安全事故频发 痛点2：运维难度大 1、系统稳定性差，各功能模块没能有效融合； 2、系统10年使用难以评估，缺乏完善测试验证、数据模型不健全； 3、运维可持续性差，无完善运维规程，数据/人员不连续； 4、产品可维护性差，维护周期长，系统可用天数低，运维成本高； 02 先进储能系统设计与实践 www.evebattery.com 先进储能电站理解 故障预 警 u电化学安全 u结构安全 u电气安全 u使用安全 u故障预警 u故障诊断 u故障分类 u故障等级 u故障动作策略 安全 可靠 易运维 u运行状态 u寿命状态 u故障状态 状态准 确可知 u高效率 u智能维护 u运维报表 u高残值 先进储能电站设计 结构设计 钣金箱体 铝合金压铸箱体 结构仿真 强度、散热 盐雾、酸雨腐蚀 锈蚀 整体运输 l l l l p p p 绝缘、耐压 过流、短路保护 器件选型 防雷接地、走线布局 HVIL故障 绝缘故障 短路、发热 l l l l l l 系统控制与 应用 安规设计 l l l p p p p l l l l p 设计 BMS 电池正极材：LFP, 电池隔膜、电解液 电芯形状（方形） 电化学模型 衰减快 一致性差 热失控 热设计 电化学设计 l l l l p p p l l l l l 热测试、热仿真 空调选型及控制 风道设计 温度场均衡 低温、高温、温差 V、A、T采集 p 通讯 p EMC p 均衡 p SOX估算 告警保护逻辑 BMS自身故障 CAN通讯故障 采样线断路 SOX估算错误 高效率 模块化设计 云平台，大数据 调度与控制，预警与保护 建设、巡检与维护规范 先进的电芯生产技术 1.搅拌 4.分切 7.化成/分容 p 2.涂布 5.卷绕 8.老化/分选 3.碾压 6.装配 全面的测试能力 原材料分析 数字显微镜 扫描电镜能谱仪 (SEM/EDS) 激光微粒分光仪 （ LPS ） 电感耦合等离子体 光谱仪（ ICP ） 容量测试 高低温性能测试 电气性能测试 电池系统性能测试 CV/EIS 测试 全面的测试能力 安全 & 可靠性测试 挤压测试 振动测试 针刺测试 高海拔测试 浸泡测试 火烧测试 电池本征安全 电池本征安全性： 电芯材料配方设计：高温电解液、隔膜、添加剂；电芯结构设计：防爆阀、集流体、铝壳 磷酸铁锂电池安全测试：过充、过放、短路、加热、挤压、针刺，均不起火不爆炸； 电芯短路测试 过程：电芯防爆阀未破， 未起火，电芯微鼓，正负 极柱PPS膜熔化 电芯加热测试 Ø对电芯进行1C过充 12min，持续加热至电 池发生热失控。 Ø发生热失控时电压下降， 持续加热，电池泄阀， 不起火爆炸； 电池本征安全 模组针刺实例： 测试方法：将磷酸铁锂电芯模组满充， 用φ3mm～φ8mm的耐高温钢针、以 10mm/s～40mm/s的速度，从垂直 于电池极板的方向贯穿(钢针停留在蓄 电池中），观察1h。 测试结果，如视频所示，电芯模组冒 烟，但未起火，未爆炸。 热安全 Ø 电池单体热隔离（模组带间隙风道设计）、V0及绝缘阻燃材料 Ø 单体泄气口方向合理，不准对其他电池/容易燃烧物体 Ø 合理风扇、空调选型； Ø 差异冷热风道设计，控制温差； Ø 温控双路供电，保障安全可靠 Ø 温升、温差横向 & 纵向分析比较，器件失效预警 温升、温差测试曲线（P1） BMS安全 常见故障 Ø电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障（如接触器、风扇等）； Ø通信故障、数据丢失、控制器软硬件故障； Ø电池组本身故障是指过压（过充）、欠压（过放）、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、 绝缘降低等。 安全 大数据分析预警 多级告警及保护 可靠通信 准确可靠采集与保护管理 建立电池数学模型：电压、容量、内阻、热等数据，故障前预警； 多层（电芯、pack、簇、系统），多维度（V、A、T、R、SOX） 多层级（轻度、中度、严重）； 双回路供电，通信可靠性自检，故障告警，EMC测试 采集器件精度、可靠性验证，熔断器、断路器、接触器多级硬件 保护；多维度数据判断互锁，提高安全可靠性； BMS安全应用实践 1、BMS电压检测失效导致电池过充电或过放电： 连接、压线过程或接触不良导致电压检测线失效，BMS没有电压信息，充电时该停止时没有停止。 措施：在系统设计时应该选用可靠的电压采集线，在生产过程中严格管控，出厂100%检验；采用单体电压、 压差和总压多重 保护策略。 2、接插件接触不良发热 动力线接插件公母头接触不良，接触电阻高，大电流产生高温（近百度），安全隐患。 措施：易故障点监测，如端子、铜排、风道进出风口温度、绝缘、电阻、可燃气体等，故障预警及保护。 3、BMS温度检测失效 温度检测失效导致电池工作使用温度过高，电池发生不可逆反应，对电池容量、内阻有很大影响。 措施：器件选型一线品牌，在生产过程中严格管控，100%检验；采温数据横向及纵向比较（如温差、温升）大数据分析判断 策略。 4、BMS硬件失效 BMS从板接线错误烧熔断器，接错概率高，维护成本大； 措施：优化从板电路设计，增加防反二极管保护电路； 消防灭火安全 储能系统常用消防灭火系统：七氟丙烷自动消防系统、相变材料消防系统，及液体消防；可产生声光报警，快速响应 灭火及人员疏散，最大限度减少人员和财产损失； 消防管道及传感器 消防控制柜 消防介质 储蓄罐 选址及操作安全 选址规范 Ø 自然环境评估：承重、污染、自然灾害等； Ø 安全经济性：并网走线距离最优，考虑热使用及维护安全等； Ø 三通考虑，最好离水源近/有消防管道的地方，万一发生事故可及时扑救； Ø 系统建设里办公室、住宅楼、重要设备/建筑有一定安全距离或建立防火墙，预留消防通道及逃生道路； 安装调试规范 Ø 事前人员培训及考核； Ø 完善的安装与调试规程； 巡检与维护规范 Ø制定标准的设备操作使用规程，有“法可依”； Ø对用电线路进行巡视，以便及时发现问题； Ø安装线路和施工过程中，要防止划伤、磨损、碰压导线绝缘 Ø在多尘场所，线路和绝缘子要经常打扫。 Ø严禁乱接乱拉导线，导线与建筑构件之间及固定导线用的绝缘子之间应符合规程要求的间距。 Ø定期检查线路熔断器，选用合适的保险丝，不得随意调粗保险丝，更不准用铝线和铜线等代替保险丝。 Ø检查线路上所有连接点是否牢固可靠，要求附近不得存放易燃可燃物品。 Ø安全标识检查、安全通道检查、消防设备功能有效性验证等 运维：云平台，建模&大数据分析 l 云平台：数据库, 大数据挖掘； 云端 数据分析和 运营 云 l 可视化：电池状态、告警管理、报表管理、配置管理。 l 专家系统：专业性指导提供，做到智能运维。 l 电池状态精确信息展示：SOC,SOH,电压、电流、内阻、温度。 l 本地数据管理：采集数据与云模型数据校核 管 l 指令安全可靠：多重计算、保护策略 电池管理系统 (BMS) 电力数据网关服务 器 能量管理系 统终端 本地监控 l 通信安全可靠：北向通信与南向通信自检 l 数据准确采集； 端 l 通信安全可靠； 标准柜集装箱 储能系统 负荷监测 电网公 司 负荷中心和储 能接入 l 均衡策略管理与执行； 运维：数据分析与建模 不同循环次数容量与电压变化关系分析