編者按:世界各地儲(chǔ)能電池系統(tǒng)爆炸,儲(chǔ)能安全如何預(yù)防、儲(chǔ)能安全如何管理已經(jīng)成了大問(wèn)題。
截至2019年2月,僅韓國(guó)儲(chǔ)能電站的火災(zāi)事故已經(jīng)高到21起!韓國(guó)工商和能源部緊急關(guān)閉了300多個(gè)公共事業(yè)側(cè)的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池導(dǎo)致的自燃,尤其是最近在地下車庫(kù)發(fā)生的特斯拉Model S自燃在二秒內(nèi)爆炸導(dǎo)致邊上好幾輛車被燒掉的視頻給大家敲響了安全警鐘:鋰電池儲(chǔ)能電站迫切需要建立健全的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和論證體系為其可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。
4月21日,特斯拉在地下車庫(kù)自燃的視頻監(jiān)控截圖。
然而,借助電動(dòng)汽車的規(guī)模效應(yīng)快速發(fā)展起來(lái)的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)延續(xù)了動(dòng)力鋰電池在檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上的特點(diǎn):具有嚴(yán)格的對(duì)單體鋰電池、電池管理系統(tǒng)(Battery Management System, BMS)和儲(chǔ)能逆變器(Power Control System,PCS)和全新鋰電池系統(tǒng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),但缺乏對(duì)已投放運(yùn)營(yíng)的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效檢測(cè)評(píng)價(jià)體系。目前的情景使業(yè)界同仁認(rèn)識(shí)到,安全是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。現(xiàn)代電網(wǎng)具備了以對(duì)主要裝備進(jìn)行定期運(yùn)營(yíng)檢測(cè)的安全保障體系,鋰電池儲(chǔ)能電站作為電網(wǎng)外來(lái)的新興事物,需要制定其全生命周期,從起始、運(yùn)營(yíng)到退出的完整檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系,以保障現(xiàn)代電網(wǎng)的安全運(yùn)營(yíng)。
儲(chǔ)能安全如何預(yù)防?
目前鋰電池儲(chǔ)能電站的能量管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS)負(fù)責(zé)管理電站的能量交互,BMS管控所有鋰電池單元的充放電和內(nèi)部的均衡,普遍存在以下特點(diǎn):1.BMS對(duì)鋰電池的充放電控制閾值初始時(shí)設(shè)定沒(méi)法更迭;2.鋰電池老化后對(duì)電池狀態(tài)估算出現(xiàn)偏差,原始的BMS控制閾值對(duì)老化最厲害的電池單元在每次充放電時(shí)可能略微過(guò)充過(guò)放,電池不一致性導(dǎo)致最弱的電池在損失活性鋰離子或形成微鋰枝晶方面每次都最嚴(yán)重,加速了其老化過(guò)程;3.缺乏一個(gè)對(duì)電池老化出現(xiàn)異常的診斷,進(jìn)而通過(guò)對(duì)BMS控制閾值的動(dòng)態(tài)改變有效控制最弱電池單元加速老化的負(fù)反饋機(jī)制。
我所在的上海工程技術(shù)大學(xué)動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)室對(duì)磷酸鐵鋰和三元鋰電池從電池單元(電芯)、電池模組到電池堆進(jìn)行了一系列的性能和耐久測(cè)試,尤其是全生命周期和對(duì)退役鋰電池的實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)鋰電池充放電曲線從出現(xiàn)異常到接近生命終點(diǎn)時(shí)體現(xiàn)出來(lái)癥狀變化研究,建立了若干對(duì)包括內(nèi)阻在內(nèi)的電池特征值的檢測(cè)方法和診斷算法,研制出了適合運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行快速檢測(cè)、分析和評(píng)估的“電池醫(yī)生”,可以快速排查高壓安全隱患,定位問(wèn)題電池單元并形成分析和建議報(bào)告。
結(jié)合對(duì)上海新能源汽車監(jiān)控中心運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)的一鍵式分析,上海玫克生儲(chǔ)能(MAKESENS,簡(jiǎn)稱:MS儲(chǔ)能)開(kāi)發(fā)了基于云原生邊緣技術(shù)的云-邊結(jié)合的預(yù)防性診斷安全系統(tǒng)(Prognostic Safety System,PSS),由一個(gè)智能通訊管理機(jī)iRouter從儲(chǔ)能電站的能源管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS)實(shí)時(shí)獲取在電芯層面的電池充放電數(shù)據(jù),解析、運(yùn)算、診斷并上傳到診斷云;診斷云根據(jù)關(guān)鍵電池參數(shù)的數(shù)據(jù)流建立一個(gè)對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)和恒虛警閾值的預(yù)測(cè)模型,形成一個(gè)多參數(shù)的虛擬雷達(dá)系統(tǒng);當(dāng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警,提出使關(guān)鍵參數(shù)重新回到閾值內(nèi)的可執(zhí)行的措施,包括對(duì)電池進(jìn)行替換、均衡,或通過(guò)更新iRouter配置文件中的控制參數(shù)為EMS提供對(duì)BMS進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制策略更新的依據(jù)。
儲(chǔ)能安全如何管理
我們認(rèn)為,儲(chǔ)能的安全不應(yīng)只是電站投運(yùn)前對(duì)各種儲(chǔ)能設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè),特別是儲(chǔ)能電池的安全。由于儲(chǔ)能電池是一個(gè)漸變的電化學(xué)體系,隨著儲(chǔ)能電池的老化,電池的各項(xiàng)參數(shù)也會(huì)隨之變化,通過(guò)預(yù)防性診斷安全系統(tǒng)PSS,對(duì)儲(chǔ)能電池潛在風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè),可以對(duì)設(shè)備廠商、電站運(yùn)營(yíng)者、集控中心和服務(wù)供應(yīng)商在備品備件優(yōu)化、電站運(yùn)營(yíng)管理、遠(yuǎn)程專家專業(yè)技術(shù)支持、巡檢團(tuán)隊(duì)等方面提供電池最新數(shù)據(jù)分析和診斷支持,達(dá)到多重安全保護(hù),迅捷應(yīng)急服務(wù),智能運(yùn)行維護(hù)的效果。
目前正在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)籌建線上、線下結(jié)合的智能化綜合運(yùn)檢。通過(guò)線上云腦系統(tǒng)實(shí)時(shí)診斷,分析電池健康狀態(tài);與線下巡檢人員預(yù)定的巡檢計(jì)劃,線路內(nèi)容,進(jìn)行巡檢點(diǎn)檢查相結(jié)合,靈活出動(dòng),及時(shí)報(bào)修缺陷,以達(dá)成實(shí)現(xiàn)7*24小時(shí)主動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控,消除紙質(zhì)化記錄和信息采集盲區(qū),變機(jī)械式運(yùn)維為主動(dòng)彈性運(yùn)維。在故障排查與檢測(cè)階段,云腦系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供潛在風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題點(diǎn)定位、工作票與操作票,然后通過(guò)線下的電池醫(yī)生、便攜式充電式聽(tīng)診器完成故障排查、檢修。針對(duì)需要修復(fù)問(wèn)題電池,云腦系統(tǒng)可提供該電池的歷史數(shù)據(jù),為該電池的修復(fù)方式提供支撐。
(作者嚴(yán)曉系上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院特聘教授、CUSPEA學(xué)者,本文根據(jù)嚴(yán)曉4月25日在第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)上的演講稿整理而成。)
原標(biāo)題:智庫(kù)動(dòng)態(tài)|嚴(yán)曉:儲(chǔ)能電池系統(tǒng)安全如何保障