蒙玉宝（亿纬锂能）-先进储能电站的设计与实践.pdf

做世界上最好的锂电池，成为行业领先企业To provide world-class Lithium battery; To be a leading company in the battery industry.先进储能电站的设计与实践电力储能技术总监蒙玉宝 1. 储能应用痛点2. 先进储能电站设计与实践3. 项目实践案例目录 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 www.evebattery.com先进储能系统设计与实践 先进储能电站理解u电化学安全u结构安全u电气安全u使用安全 u运行状态u寿命状态u故障状态 故障预警 u故障预警u故障诊断u故障分类u故障等级u故障动作策略易运维u高效率u智能维护u运维报表u高残值状态准确可知安全可靠 l 电池正极材LFP,l 电池隔膜、电解液l 电芯形状（方形）l 电化学模型p 衰减快p 一致性差p 热失控 l V、A、T采集l 通讯l EMCl 均衡l SOX估算l 告警保护逻辑p BMS自身故障p CAN通讯故障p 采样线断路p SOX估算错误l 热测试、热仿真l 空调选型及控制l 风道设计l 温度场均衡p 低温、高温、温差l 钣金箱体l 铝合金压铸箱体l 结构仿真p 强度、散热p 盐雾、酸雨腐蚀p 锈蚀p 整体运输 l 绝缘、耐压l 过流、短路保护l 器件选型l 防雷接地、走线布局p HVIL故障p 绝缘故障p 短路、发热 l 高效率l 模块化设计l 云平台，大数据l 调度与控制，预警与保护l 建设、巡检与维护规范 先进储能电站设计电化学设计 热设计结构设计安规设 计 BMS 设计系统控制与应用 1.搅拌 2.涂布 3.碾压4.分切 5.卷绕 6.装配 7.化成/分容 p 8.老化/分选 先进的电芯生产技术 全面的测试能力数字显微镜 扫描电镜能谱仪SEM/EDS 电感耦合等离子体光谱仪（ ICP ）原材料分析 激光微粒分光仪（ LPS ） CV/EIS 测试电池系统性能测试 容量测试 高低温性能测试电气性能测试 挤压测试针刺测试 振动测试高海拔测试 浸泡测试火烧测试安全 可靠性测试全面的测试能力 电池本征安全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；电池本征安全性 过程电芯防爆阀未破，未起火，电芯微鼓，正负极柱PPS膜熔化电芯短路测试电芯 加热测试 对电芯进行1C过充12min，持续加热至电池发生热失控。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。模组针刺实例 热安全 电池单体热隔离（模组带间隙风道设计）、V0及绝缘阻燃材料 单体泄气口方向合理，不准对其他电池/容易燃烧物体 合理风扇、空调选型； 差异冷热风道设计，控制温差； 温控双路供电，保障安全可靠 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 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）；建立电池数学模型电压、容量、内阻、热等数据，故障前预警；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；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）；通信故障、数据丢失、控制器软硬件故障；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。常见故障 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； BMS安全应用实践 消防介质储蓄罐消防控制柜消防管道及传感器 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；消防灭火安全 选址及操作安全选址规范 自然环境评估承重、污染、自然灾害等； 安全经济性并网走线距离最优，考虑热使用及维护安全等； 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； 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 事前人员培训及考核； 完善的安装与调试规程；巡检与维护规范制定标准的设备操作使用规程，有“法可依”； 对用电线路进行巡视，以便及时发现问题；安装线路和施工过程中，要防止划伤、磨损、碰压导线绝缘在多尘场所，线路和绝缘子要经常打扫。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。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。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。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 云 管 端 能量管理系统终端电力数据网关服务器电池管理系统BMS 本地监控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 云端数据分析和运营 l 云平台数据库, 大数据挖掘；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l 指令安全可靠多重计算、保护策略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；l 通信安全可靠；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 运维数据分析与建模容量衰减与容量效率、能量效率关系分析 运维易维护设计系统传统交付模式系统复杂，部件多，各厂家生产进度不一，各厂家部件生产完成发货至现场组装联调；亿纬系统交付模式各厂家部件发货至亿纬，系统在厂内组装联调测试完成后，拆除线缆，系统整体运输发货；系统交付部件 易维护设计 问题对外接口误差，现场对接不上；未经过联调，现场出现问题人员能力、工具不齐，解决周期长，成本高；各模块拆分运输，运输成本高，现场组装成本高等；BMS从控可维护设计，插拔维护 ，方便美观；动力线接插件自主设计开发，自锁，防呆；风扇外维护设计；组串式PCS应用设计，提高故障时系统可用率，便于更换维护；兼容通信储能梯次利用设计； 03 www.evebattery.com项目实践 美国加州4MW/8MWh项目 项目地美国加州 规模500kW/1MWh * 8套； 辅助光伏消纳； 辅助光伏发电电能质量调节 电网侧储能突破 概况– 河南电网100MW电池储能示范工程第二批设备类采购– 系统规模4套1.2MW/1.2MWh– 交付时间2018年11月– 应用调峰、需求响应等 用户侧储能部分项目案例集 项目运营效果 储能电池发展思路技术进步提升循环寿命，规模生产降低产品成本2021年，储能系统度电次成本目标0.20元 先进电芯技术为基础， 标准集成技术为核心，优势资源整合为平台 股票代码300014.SZ惠州亿纬锂能股份有限公司