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高泰昊能张伟峰:BMS对储能系统价值最大化的影响

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2020-11-19 浏览:
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中国储能网讯:11月10-11日,由湖南省能源局指导,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的“第三届全国电源侧储能技术及应用高层研讨会”在长沙华天酒店召开。来自电网公司、设计院、系统集成商等领域的400余人参加了本次研讨会。

会议期间,浙江高泰昊能科技有限公司董事长张伟峰分享了主题报告《BMS对储能系统价值最大化的影响》。中国储能网对其演讲内容进行了梳理,并在此分享给大家,供大家学习、交流。演讲内容如下:

张伟峰:今天和大家一起探讨BMS系统和储能系统的价值关系或者说是对他的影响。

首先简单介绍一下高泰昊能,我们是成立2010年9月,这10年里面只做锂电池的管理,我们在行业里面目前是在三个细分行业,储能、电动汽车、智能锂电,都是围绕电池管理做细。

这是公司的简单的情况,包括汽车行业的品质管理体系,16949和一些专利的技术。

现在简单分析储能系统价值的简单计算,刚才冯总分析系统的投资价值,我们是做设备,也要关心整个系统的投资,产业链真正的循环起来,真正有现金流,我们整个行业才是可持续发展,作为设备厂家来讲,最重要是如何保证系统在安全可靠、长期可运行,长期可以制造出价值,这是我们作为底层设备供应商的价值所在。

系统产出价值是初始投资成本,要减去系统运营成本和安全成本,安全成本很大的问题在于他不是一成不变的,他是随着时间变化的,就像刚才数字孪生一样的,所有东西系统是活的,是动态发展的,所以要有一种手段和方法评价和预测,所以我们整个行业内不管是学术界还是工业界都在往这个方向努力。

安全成本最大的风险点是随着时间增加而增加,要有手段去识别。

再细化一点,产出价值里面是希望系统能运行十年甚至二十年,这是我们的目标,而且运行的时间刚才也讲了运行时间越长,整个系统,器件的损伤、老化都会产生一些后果,这些后果在系统里面能不能识别,如果不能识别的话就可能产生安全成本,这个安全成本很可能是我们不太恰当的比喻是辛辛苦苦回到解放前了,你整个的系统毁于一旦。所以安全成本等于0,这是我们追求的目标。

运营成本,这也是不可小觑的,投资回报的角度,大家都有投资模型,这个模型做一些运营的假设,运营假设前提取决于系统里面的各个零部件的质量,他的安全性和可靠性以及长期的可靠性。还包括这个过程当中,电池本身的潜力能不能充分的挖掘出来,充分的把寿命延长。

储能系统作为底层的核心要求有三个部分,安全、可靠、低成本

安全,目前可以分为三个层面的划分,故障诊断,这是最基础层面,有故障必须要知道;安全诊断,不一定体现出故障,但是可能有安全的问题;安全控制,出现安全问题怎么控制,涉及到系统的安全成本,一句话是防范于未然。

可靠,是指长期不间断的工作。稳定执行应有的功能,延长使命寿命,如果延长不了,要及时更换,不影响运营。

低成本,初始成本和运营成本和安全成本。

谈到安全,安全的标准,目前来讲,IEC61508是20年前提出的工业界的安全标准,是普适的标准,提供了一些概念和方法论,他不针对特别的行业,只是针对工业界,原理性的东西。针对不同的行业,基本上针对汽车工业、航空工业、医疗器械工业,都有细分的安全的标准,比如说跟我们储能系统里面比较接近的是汽车工业的安全标准ISO26262,针对特定行业的具体的落实。那么从26262的角度来讲,如果我们出现的安全的事项带来的后果极其严重的话,安全功能的级别来讲会按ASILC。

安全目标,为了定义安全,什么是安全,26262里面有基本的定义,单点故障,整个系统里面只要发生一个点的故障,整个系统就出现了故障,并且会影响安全目标;如果两个故障同时发生,才可能出现影响,这是双点故障。储能系统最高级别的安全目标,系统不能起火,从最高点的目标不断的往下细分,电子系统不能起火,PCS不能起火、汇流柜不能起火。这是一层层的架构,核心的方法是什么,就是识别并且消除单点故障,双点故障同时出现的概率非常小,要想完全控制他,所需要的成本非常高,大部分情况下只要把所有的可能存在的单点故障识别出来,就可以证明自己达到多少的ASIL级别。

这是基本的所谓安全等级示意图,三个维度来定义的,暴露度、严重度、可控度,映射到储能系统里面是无人值守的,一旦发生导致安全问题的故障,人是没有办法直接干预,控制度比较小,同时一旦起火之后损失是非常严重的,所以按照表格来讲,至少要对应C3和S3,也就是对应ASILC/D。

案例一,这是常见的三层架构的电池簇,这是KM1,断流器,如果发生黏连无法断开,但是要有效的诊断,你得做一些安全的控制,如果说控制不了,或者说根本无法诊断的话,QF1是常闭状态的,无法有效断开,电池很有可能处于不安全的持续充电状态。

案例二,主动均衡的案例,现在大家常见的做法是在电池端有一个开关矩阵,主要的目的是为了做复用,存在的风险点是这个开关会失效,失效怎么办?会有什么后果?假设像这种K2发生黏连,无法断开,也无法检测,如果做检测的话成本非常高,如果选择其中的一个电池进行均衡,但是这时候另外一个电池开关已经黏连了,这两个电池之间相互发生了短路,短路的风险是比较大的,轻则板子烧了,重则电池引爆。

案例三,这是整个系统上面的安全怎么来防范系统的着火,也就是刚才说的26262的方法,一层层的进行分解,比如说要想办法,单个电芯失效并且着火,首先不把他变成单点故障,就是单个电芯起火,也不能导致系统起火。这就对电芯和PACK提出要求,比如说及时的灭火,通过联动,各个设备厂家相互的共同的提高和探讨这方面有很多文章可以做。

这是可靠性方面的介绍,先过了,主要的概念是FIT值,就是多少个devciehours的情况下有失效,很经典的可靠性评价体系。

安全可靠的实现途径,原理上来讲有哪些,哪些可以遵循,简单来讲原则,我觉得主要分为四各方面,设计方面、测试方面、生产方面、运营方面。

设计方面,我们要依靠严格的开发流程和质量体系,遵循软件开发的过程,比如说ASPICE,这是非常严格的软件开发流程,功能安全标准、质量管理体系。通过这几个来控制开发过程,同时在你具体的设计上面选型、车规级器件、冗余、温度控制、EMS等等都是常规的技术手段,但是不要有侥幸心理,因为我们一般来讲所有的器件都是会失效,不要认为工作5年不失效,都是会失效,只是时间长短的问题。

测试方面,从整个开发过程来讲,单元测试到系统测试,模型仿真、台架验证等等,一系列的测试是保证你产品是长期可靠的一种基本手段。

生产方面,最重要是要有高端的自动化生产,测试覆盖率的完整性,进行高温老化的出厂测试,解决早期老化的问题。

运营方面,智能化的故障诊断,安全诊断和控制,大数据系统。为什么电池系统比较难,因为是活的系统,是随着时间在变,每个个体的差异性比较大。

这是车规级产品开发的V型产品开发流程,不展开说了。

简单看一下,加速老化测试这是可靠性测试的一种手段,这种是台架自动回归测试,我们自己开发的一个台架测试,针对不同的项目在计算机上做自动化测试的软件,会把每个需求都设置好。

这是测试,包括EMC和电芯的标定和系统实验室。

简单的比较整车和储能,我们公司也做整车,所以这个方面对车和储能这两个有共同点和差异点简单的对比,车上三层架构,典型的车的电子架构示意图,这是储能典型的示意图。根据对这两个系统的理解对比可以简单来看,对于要求,大部分都是重叠的,只是说有一些个别的地方,比如说储能里面他的温度点的采集要多一点,同时他的串数大一点,储能里面也有好处,抗振动要求没有,工作环境的温度相对可控,不像汽车上面-40度到105度,工况比较复杂,储能上规则还是比较确定的,是特定规则的。储能上的标准化是比较好做的,汽车上不同的车型标准化很难做。

通过这两个典型的应用,汽车和储能的典型应用可以简单的归纳,也就是利用汽车级电池管理的要求,或者说按照16949和ISO26262的思想的指导下进行储能系统的开发设计,可以在方法论上达到安全可靠的目标。

低成本等于运营效率提高,这个不多说了。

BMS功能的分层介绍一下,这是我们把BMS整体的功能进行分层的表达。最底层是安全可靠的硬件设计和生产测试,中间是状态的获取或者是直接测量数据的获取,中间是状态的评估和分析,上面是整体的运行策略控制,根据当前状态系统功能,根据安全性的策略,包括刚才说的这种电池的活的状态的跟踪识别,来进行一些控制。

这里简单介绍下均衡的方案。现在大家讲的比较多,尤其是对于储能来讲,均衡普遍的是被动均衡和主动均衡,被动均衡都知道初始成本比较低,最大的缺点是均衡能力相对弱一点,电芯质量一致性提高,被动均衡也是可以用的。主动均衡可以有较大的均衡能力,但是这里面有个问题是刚才也讲了主动均衡要避免失效,失效带来的安全风险。这块我们现在高泰昊能所做的主动均衡的方案,就是每个电芯平均在2A的主动均衡能力,不做复用的,因为涉及到安全风险,另外的优点是没有瓶颈,每一个电芯都可以同时又2A的均衡能力,这样的话,均衡的速度和效率就很高。

我们的产品线,分为储能、电动汽车、智能锂电。高泰昊能致力做能源和信息技术领域可信赖的产品和服务的平台供应商。

我的分享就到这里,谢谢大家。

关键字:BMS 储能系统

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