比亞迪鄒德天：電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全初探
比亞迪股份有限公司銷(xiāo)售總監(jiān) 鄒德天
聚焦“技術(shù)應(yīng)用雙創(chuàng)新，規(guī)模儲(chǔ)能新起點(diǎn)”，通過(guò)組織主題演講、展覽展示、創(chuàng)新大賽、專(zhuān)題研討、項(xiàng)目考察、新品發(fā)布、技術(shù)交流等多種活動(dòng)，多維度精準(zhǔn)對(duì)接全球儲(chǔ)能市場(chǎng)與應(yīng)用，助力中國(guó)儲(chǔ)能企業(yè)與國(guó)際接軌，為儲(chǔ)能企業(yè)搭建與政策制定者、規(guī)劃者、電網(wǎng)管理者、電力公司、能源服務(wù)商的交流互動(dòng)平臺(tái)。2019年5月18-20日，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)”，比亞迪股份有限公司銷(xiāo)售總監(jiān) 鄒德天在會(huì)上發(fā)言。
大家好!我來(lái)自比亞迪。我們基礎(chǔ)理念首先保證人的安全，其次是設(shè)備不失控，最后防止不發(fā)生次生災(zāi)害。
設(shè)計(jì)理念首先是人，包含使用人、生產(chǎn)人員、消防人員，不止只有使用人員，把生產(chǎn)人員也要含在內(nèi)。設(shè)備是集裝箱/戶(hù)外柜這些儲(chǔ)能產(chǎn)品，近幾年更多做集裝箱、戶(hù)外柜產(chǎn)品。最后不要波及和被波及，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)場(chǎng)所。建設(shè)儲(chǔ)能電站的場(chǎng)所不能有火災(zāi)或危險(xiǎn)發(fā)生的地方。另外盡量少波及到有危險(xiǎn)源的東西，整體免受危險(xiǎn)。海恩法則，在這樣的規(guī)則下，所有風(fēng)險(xiǎn)都可以防范，無(wú)論對(duì)人還是汽車(chē)有一套完整的測(cè)試方法。
給大家介紹一下，我們?cè)谶@里做了哪些工作。電池系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)，有別于單體電池或單個(gè)PCS或整個(gè)消防系統(tǒng)對(duì)安全的見(jiàn)解，我們認(rèn)為這些東西是相互相輔相成的，而不是簡(jiǎn)單一個(gè)點(diǎn)做好,最后整個(gè)是好的。好的電池用不好，無(wú)論壽命、安全都會(huì)出問(wèn)題。整個(gè)PCS電池、單體、消防都沒(méi)有問(wèn)題，但現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中由于它們匹配問(wèn)題，還會(huì)發(fā)生安全問(wèn)題。安全問(wèn)題不僅僅設(shè)置于火災(zāi)，現(xiàn)在目前所有標(biāo)準(zhǔn)體系做得相對(duì)健全的是UL體系，比亞迪標(biāo)準(zhǔn)體系符合UL體系，單體到電池電氣到PCS到集裝箱和集裝箱結(jié)構(gòu)。
同時(shí)，我們認(rèn)為在被動(dòng)安全上，需要花更多精力來(lái)做。比如傳感器、消防系統(tǒng)，包括空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。
這是安全設(shè)計(jì)三個(gè)大的點(diǎn)：第一，首先在電氣上有效保護(hù)，這是我們做電氣設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的，從斷路器、熔斷器、維修開(kāi)關(guān)。通信管理除了電池管理本身，系統(tǒng)間的測(cè)試交互保證系統(tǒng)安全有效。最后遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能整體在控制范圍內(nèi)。
安全設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸云監(jiān)控、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，所有熱失效、安全失效不是突發(fā)事件，都是漸變的過(guò)程，從大數(shù)據(jù)上看，會(huì)有逐漸變化的量的積累過(guò)程。這樣通過(guò)大數(shù)據(jù)提早發(fā)現(xiàn)這個(gè)變化的趨勢(shì)不對(duì)，提早介入和處理。我們的觀念不是等事后發(fā)生怎樣處理，在整個(gè)從設(shè)計(jì)制造到整個(gè)運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，需要讓它盡量不發(fā)生這樣的事件。所以大數(shù)據(jù)中心顯得尤為重要。
第二，對(duì)溫度進(jìn)行有效控制，溫度控制除了對(duì)安全問(wèn)題，另外對(duì)儲(chǔ)能壽命很重要。基本要求對(duì)電池溫度不超過(guò)35攝氏度、環(huán)境溫度不可以超過(guò)30攝氏度。這樣好處什么?英國(guó)投運(yùn)電站到現(xiàn)在5年，5年只衰減2%。除了對(duì)安全，對(duì)系統(tǒng)整個(gè)性能效果明顯。這個(gè)系統(tǒng)用15年到20年沒(méi)有任何問(wèn)題。2222第三，安全體系認(rèn)證。對(duì)所有產(chǎn)品都需要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)。
這是整個(gè)滅火系統(tǒng)，我們用的是七氟丙烷，剛才惠專(zhuān)家也說(shuō)了，七氟丙烷是有效的。這個(gè)有效是當(dāng)年和中廣核合作搭建試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，從電池基礎(chǔ)材料，針對(duì)七氟丙烷對(duì)磷酸鐵鋰電池是否有效?做了完整測(cè)試事實(shí)證明有效。我們一直采用這樣的系統(tǒng)，不過(guò)沒(méi)有用過(guò)，做試驗(yàn)觸發(fā)過(guò)這樣的事情，實(shí)際運(yùn)行沒(méi)有一例觸發(fā)過(guò)火警的事情。
為有效保護(hù)這個(gè)系統(tǒng)，我們的做法和行業(yè)不一樣，在一個(gè)電池集裝箱里，溫度傳感器超過(guò)一千個(gè)。溫度最能體現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中很重要的指標(biāo)，熱失效由于溫度檢測(cè)不夠全面。整個(gè)電池一個(gè)柜體溫度傳感器超過(guò)120個(gè)。很多人跟我談項(xiàng)目時(shí)說(shuō)，比亞迪東西為什么比別人貴?因?yàn)槲覀冋麄€(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上工作和花費(fèi)的成本不一樣。
整個(gè)電池系統(tǒng)可以分為七維、四層的安全架構(gòu)。在這樣的安全架構(gòu)體系上，基本可以把整個(gè)電池系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中所能產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)提前識(shí)別出來(lái)。從我們的電池單體到模組到電池包或到電池堆，整個(gè)涵蓋電氣部分整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)。從橫向七維可靠連接、高壓防護(hù)、碰撞、過(guò)充、外部短路、內(nèi)部短路、熱失控。后面四個(gè)談得更多，我們把可靠連接放到第一個(gè)，因?yàn)榈谝粋€(gè)產(chǎn)生問(wèn)題的概率最大，所有電池單體要靠線連起來(lái)，包括內(nèi)部的電池也靠各種焊接技術(shù)把電池連起來(lái)，連接過(guò)程失效概率很大。
另外是碰撞，儲(chǔ)能大部分是集裝箱、戶(hù)外柜系統(tǒng)，運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生各種碰撞情況。集裝箱掉地上的不是沒(méi)有見(jiàn)過(guò)，由于前期做的工作夠，即使集裝箱已經(jīng)嚴(yán)重變形的情況下，整個(gè)系統(tǒng)箱體修復(fù)后仍然有效運(yùn)行，后面有簡(jiǎn)單講述。
這是我們對(duì)電池安全系統(tǒng)性的一個(gè)，首先是牢固性，即使箱子掉下去，電池架子架構(gòu)要能夠足夠保證。這要感謝核電項(xiàng)目，要符合整個(gè)核電K3標(biāo)準(zhǔn)，在這塊設(shè)計(jì)上我們有一個(gè)基礎(chǔ)。另外在過(guò)充，過(guò)充的整個(gè)系統(tǒng)硬件，不能只有軟件的保護(hù)，一定是軟件和硬件協(xié)同的保護(hù)。在最后一道防護(hù)上，一定是硬件的，因?yàn)檐浖傆惺У臅r(shí)候。到真正發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，不能亂，像剛才蘇總說(shuō)的，整個(gè)儲(chǔ)能應(yīng)該以有效、有機(jī)的系統(tǒng)去體現(xiàn)的，而不是一個(gè)散亂的點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)候，這四個(gè)層級(jí)應(yīng)該怎么樣脫開(kāi)?應(yīng)該有一系列的操作方式。在我們的系統(tǒng)里，是有明確的分層處理的方法。
接下來(lái)對(duì)于底層刮蹭，在運(yùn)輸過(guò)程中碰、磕在所難免，這樣能有效識(shí)別和防護(hù)，最后是定向，這個(gè)惠專(zhuān)家也提到。我們對(duì)發(fā)生的點(diǎn)，重要防護(hù)的點(diǎn)，一定要定點(diǎn)定向處理問(wèn)題，而不是胡子眉毛一把抓。很多地方噴消防氣體時(shí)，不是簡(jiǎn)單的大水漫灌，需要重點(diǎn)防護(hù)的是定點(diǎn)處理的。
在整個(gè)儲(chǔ)能里面，現(xiàn)在可以做到10000次循環(huán)壽命之后，電池還有70%的容量，這是實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行下來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。像剛才說(shuō)的，在英國(guó)運(yùn)營(yíng)5年只剩下12%，這個(gè)效果可能在很多的電站里一年的衰減量已經(jīng)超過(guò)這個(gè)。我們真正在國(guó)際的環(huán)保體系里，通過(guò)全球的認(rèn)證，這個(gè)電池體系是真正安全環(huán)保的。下面這些基礎(chǔ)的電池測(cè)定，我相信每家都會(huì)認(rèn)真做，我們更會(huì)認(rèn)真執(zhí)行這樣的體系。
最后，無(wú)論用多少方式和方法防范這樣的事情發(fā)生，當(dāng)最后一刻所有的東西都失效的時(shí)候，或者由于外部引起產(chǎn)生火災(zāi)時(shí)，一定要有處理的辦法。所以我們所有的系統(tǒng)里，都標(biāo)配了防火系統(tǒng)。這個(gè)防火系統(tǒng)很不幸占系統(tǒng)10.47%，它并不是很便宜的東西，原因我選擇的都是國(guó)際一線品牌，為了保證它的真實(shí)和有效，因?yàn)檫@是我的最后一道手段，如果這道手段再失效的話，整個(gè)東西已經(jīng)被毀滅掉了。
給大家看一下這樣一個(gè)系統(tǒng)，在真實(shí)發(fā)生的一個(gè)熱失效時(shí)的案例。這是在2016年12月，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)的儲(chǔ)能柜出現(xiàn)火警信號(hào)，警鈴開(kāi)啟消防鈴起級(jí)別消防火警。連接阻抗增大，電池溫度上升，產(chǎn)生煙霧，觸發(fā)報(bào)警。高溫情況下產(chǎn)生一定煙霧，但這個(gè)煙霧等級(jí)沒(méi)有到消防系統(tǒng)啟動(dòng)的等級(jí)。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，在我的數(shù)據(jù)里已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，第一次運(yùn)行系統(tǒng)超過(guò)50度，已經(jīng)自動(dòng)降功率運(yùn)行。自動(dòng)降功率運(yùn)行溫度恢復(fù)。我又開(kāi)始逐漸恢復(fù)功率，溫度再次上升，再次上升開(kāi)始啟動(dòng)過(guò)溫保護(hù)。當(dāng)時(shí)檢查的人員系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員，并沒(méi)有有效識(shí)別出這個(gè)點(diǎn)，接下來(lái)又再次恢復(fù)運(yùn)營(yíng)，電池又持續(xù)升溫，升溫到一定溫度的時(shí)候，產(chǎn)生一些微小煙霧時(shí)，這時(shí)煙感已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生一級(jí)火警報(bào)警，這時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。由于前期溫感到煙感，這套系統(tǒng)真實(shí)有效，即使在人員參與時(shí)，第一次沒(méi)有有效發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題時(shí)，仍然避免整個(gè)火災(zāi)的發(fā)生。這樣最后拆開(kāi)之后可以看到，即使有這樣的熱失效過(guò)程，沒(méi)有整個(gè)電池系統(tǒng)失效、變形、灼燒現(xiàn)象，溫感足夠多，能有效識(shí)別故障時(shí)，可以抑制嚴(yán)重失效的發(fā)生。
這是滅火原理，選擇這個(gè)是核電項(xiàng)目對(duì)七氟丙烷做了大量測(cè)試，測(cè)試持續(xù)半年，我們認(rèn)為是真實(shí)有效的，所以一直用了一套這樣的系統(tǒng)。
到目前，比亞迪全球總共做了700多個(gè)MWh，涉及23個(gè)國(guó)家和100多個(gè)城市，到目前為止沒(méi)有一起嚴(yán)重的熱失效事故。看一下去年新做的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，看著很漂亮，這是油菜花開(kāi)的時(shí)候，我們做這個(gè)項(xiàng)目時(shí)滿(mǎn)地泥水，人趴在地上接線，一身泥一身水。
這是巴西項(xiàng)目，這是去年英國(guó)運(yùn)行的儲(chǔ)能項(xiàng)目，這是項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況。幾乎都是當(dāng)?shù)氐?，因?yàn)楫?dāng)?shù)亟ǚ孔臃浅＠щy。謝謝大家!
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