工商業(yè)儲(chǔ)能安全白皮書 2023

TüVRheinlandpreciselyRight.情況下對(duì)周圍人身及資產(chǎn)安全的兜底保護(hù)能力，不為了讓業(yè)界可以更全面地了解工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的安全設(shè)計(jì)，華為和TüV萊茵聯(lián)合發(fā)布“工商業(yè)01/02/03/04/ 21.1一般被部署在人員和資產(chǎn)集中區(qū)，一旦發(fā)生事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡非常嚴(yán)重。根據(jù)北京市應(yīng)急管理局的調(diào)查報(bào)告，某起用戶側(cè)儲(chǔ)能起火爆炸事件曾導(dǎo)致一名值班電工遇難、兩名消防員犧牲、一名消防員受傷，并造成直接財(cái)產(chǎn)損失1660.81萬(wàn)31.3業(yè)主安全擔(dān)憂高，工商業(yè)業(yè)主對(duì)于儲(chǔ)能安全的顧慮和擔(dān)憂正成為1.3業(yè)主安全擔(dān)憂高，工商業(yè)業(yè)主對(duì)于儲(chǔ)能安全的顧慮和擔(dān)憂正成為儲(chǔ)能在該場(chǎng)景下持續(xù)增長(zhǎng)的掣肘。根據(jù)TüV萊茵的一項(xiàng)調(diào)查，當(dāng)討論到企業(yè)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)最關(guān)注的指標(biāo)1.2但受場(chǎng)景和地形所限，存在消防員難以接近起火設(shè)圖2.工商業(yè)儲(chǔ)能常見部署場(chǎng)景，地形復(fù)雜8.70%8.70%9.30%0.30%20.80%24.10%安全價(jià)格性能質(zhì)量壽命其他36.80% 4工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的失效路徑包括風(fēng)險(xiǎn)源引入、每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)著不同的安全技術(shù)挑戰(zhàn)。如何實(shí)現(xiàn)下UU圖4.儲(chǔ)能系統(tǒng)的失效鏈路2.1儲(chǔ)能系統(tǒng)的原始安全性與其電芯性能直接相關(guān)，電池本體因素仍然是儲(chǔ)能系統(tǒng)安全的核心。鋰電池在正常的充放電反應(yīng)中，存在著很多潛在的放熱副反應(yīng)，具有不穩(wěn)定性。儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商需要進(jìn)一步52.2針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的失效鏈路，其安全管理可以大致分為早期預(yù)警和故障及熱失控告警兩個(gè)層次。當(dāng)失效鏈路進(jìn)行至故障及熱失控告警環(huán)節(jié)時(shí)，儲(chǔ)能內(nèi)控、電芯風(fēng)險(xiǎn)的智能預(yù)測(cè)和故障的分級(jí)預(yù)警等技術(shù)2.3·主回路短路/負(fù)載短路·模組端子絕緣失效·過(guò)壓/過(guò)流圖5.儲(chǔ)能電池風(fēng)險(xiǎn)復(fù)雜·運(yùn)輸振動(dòng)/沖擊/跌落·浸水/凝露/腐蝕/粉塵·人誤操作·DC/DC短路起火·連接點(diǎn)發(fā)熱/拉弧·外部高溫/明火·制造毛刺·極柱與殼體搭接·析鋰內(nèi)短·采樣故障/通信故障·BMS軟/硬件故障 6圖6.燃爆導(dǎo)致殼體解體、門板飛出等威脅圖6.燃爆導(dǎo)致殼體解體、門板飛出等威脅2.4儲(chǔ)能系統(tǒng)中熱失控的擴(kuò)散首先在某個(gè)單體電芯中發(fā)生，繼而蔓延至整個(gè)模組；該模組發(fā)生熱失控2.5即使儲(chǔ)能場(chǎng)地得到安全保障，員工在維護(hù)和例行系統(tǒng)檢查時(shí)也會(huì)因?yàn)樵诟浇ぷ鞫艿絺?。?chǔ)能燃出等事故，直接對(duì)系統(tǒng)周圍運(yùn)維和消防人員產(chǎn)生安全威脅；燃爆導(dǎo)致的沖擊波則會(huì)引發(fā)周圍設(shè)施窗戶震碎等次生危害，進(jìn)一步給周邊設(shè)施內(nèi)的人員帶來(lái)人身安全風(fēng)險(xiǎn)。2018-2023年間，全球儲(chǔ)能項(xiàng)目主要火災(zāi)或爆炸事故。過(guò)去五年共發(fā)生了55起儲(chǔ)能安全事故，其中6起事故發(fā)生爆炸，北京豐臺(tái)和美國(guó)亞利桑那州的2爆炸8人受傷爆炸、3人死亡圖7.55起事故中有6總發(fā)生爆炸，造成嚴(yán)重后果，\\2019.042020.092021.042021.042022.032022.051234567設(shè)備安全設(shè)計(jì)包括電芯安設(shè)備安全設(shè)計(jì)包括電芯安全、電芯級(jí)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、云BMS熱失控預(yù)警、功率端子溫度檢測(cè)、多級(jí)聯(lián)動(dòng)的隔離關(guān)斷等技術(shù)，從電芯源頭、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、事故預(yù)警和故障隔離四個(gè)環(huán)節(jié)保證儲(chǔ)能3.1華為基于對(duì)儲(chǔ)能安全的深刻理解，提出設(shè)備、資產(chǎn)、人身三維度的工商業(yè)儲(chǔ)能主動(dòng)安全方案，覆蓋儲(chǔ)能失資產(chǎn)安全設(shè)計(jì)的概念包含了光儲(chǔ)系統(tǒng)自身的資產(chǎn)安全和周圍建筑、物資的安全，華為工商業(yè)儲(chǔ)能通過(guò)多重聯(lián)動(dòng)的主動(dòng)消防抑制系統(tǒng)，降低熱失控蔓延和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，減人身安全設(shè)計(jì)是工商業(yè)場(chǎng)景下的安全紅線，華為工商業(yè)儲(chǔ)能通過(guò)頂置泄爆和聲光告警等措施，在極端情況下保護(hù)儲(chǔ)能系統(tǒng)周圍人員尤其是 8|電芯安全，嚴(yán)苛引入&量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的原始安全性與儲(chǔ)能系統(tǒng)的電芯直接標(biāo)以及極柱與殼體搭接等問(wèn)題。一款電芯的選擇主要包括電芯引入和電芯量產(chǎn)兩個(gè)階段。華為通過(guò)嚴(yán)苛的電芯引入測(cè)試和量產(chǎn)管為通過(guò)對(duì)候選電芯進(jìn)行超過(guò)100項(xiàng)的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)全球認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)全覆蓋。其中，電芯循環(huán)測(cè)試時(shí)間超10現(xiàn)場(chǎng)管控標(biāo)準(zhǔn)CTQ*或CTS*共超過(guò)200條，保證電芯選擇流程·24項(xiàng)安規(guī)測(cè)試，20項(xiàng)長(zhǎng)期電性能測(cè)試，25項(xiàng)短期電性能測(cè)試，37項(xiàng)白盒測(cè)試，實(shí)現(xiàn)全球認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)全覆蓋·電芯循環(huán)測(cè)試超10個(gè)月，性能充分評(píng)估·基本不測(cè)試，依靠電芯廠規(guī)·電芯規(guī)格寬松，以交付為主·制定現(xiàn)場(chǎng)管控標(biāo)準(zhǔn)CTQ/CTS200+條，持續(xù)提升生產(chǎn)質(zhì)量 ·關(guān)鍵制程數(shù)據(jù)回傳，關(guān)鍵制程CPK要求1.33以上，優(yōu)率90%以上·生產(chǎn)質(zhì)量不管控圖8.華為嚴(yán)控電芯安全，在引入和量產(chǎn)階段的要求都領(lǐng)先行業(yè)圖9.多種電芯引入測(cè)試*Criticaltoquality*Criticaltosafety3.2.2|電芯級(jí)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過(guò)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)至管理系統(tǒng)，進(jìn)行分參數(shù)，并基于上述數(shù)據(jù)提供精確的電芯SOC&SOH安全狀態(tài)的感知能力。9 10連接點(diǎn)是整個(gè)流程中最薄弱的環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)功率端子多采用銅端子加螺栓緊固方式連接，這種連因此，華為在電池模組、簇控制器和PCS的各過(guò)溫狀態(tài)。通過(guò)NTC溫度檢測(cè)電路，端子的溫度可3.2.3|云BMS安全預(yù)警*云BMS安全預(yù)警主要用于識(shí)別漸變型電池故障。在整個(gè)失效鏈路中，云BMS主要用于對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備整個(gè)生命周期的看護(hù)，排查系統(tǒng)中如電芯一致性劣化等隱性故障，從而使儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在電芯大面積內(nèi)短路出現(xiàn)前就及時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)切斷。華為云BMS根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備上報(bào)的10S實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)理?xiàng)l件模型和大量現(xiàn)網(wǎng)電池模組數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)檢測(cè)并判斷電芯異物、外部搭接等引起的系統(tǒng)內(nèi)外短路故障和螺栓松動(dòng)導(dǎo)致的電池阻抗不一全；并能夠通過(guò)采樣異常檢測(cè)算法排除BMS單板、NTC傳感器、通信鏈路失效引起的電壓和溫度采樣異常，保證安全預(yù)警的準(zhǔn)確性，減少誤報(bào)帶來(lái)的運(yùn)10S解析10S數(shù)據(jù)并推送圖12.云BMS安全預(yù)警實(shí)現(xiàn)流程*預(yù)計(jì)2023年H2上線3.2.4|多級(jí)功率端子溫度檢測(cè)NTCNTC溫度采樣 是否3.2.5|多級(jí)過(guò)流保護(hù)，主動(dòng)關(guān)斷、快速隔離從系統(tǒng)層面防控?zé)崾Э芈拥闹匾绞街皇遣㈥P(guān)斷微小的過(guò)流。華為在電池模組、電池簇和系統(tǒng)三個(gè)層面，一共設(shè)立四級(jí)主動(dòng)關(guān)斷和兩級(jí)被動(dòng)隔離，用以切斷電池系統(tǒng)內(nèi)部的電路，避免過(guò)熱量蔓延。下圖演示了DC/DCDC/DCDC/DC防反電路BMUBCU電池模組優(yōu)化器在電池模組層面，華為通過(guò)板端BMS和能量通過(guò)BCU和簇控制器電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)簇級(jí)主動(dòng)關(guān)斷隔離；在系統(tǒng)層面，通過(guò)斷路器和熔絲實(shí)現(xiàn)被動(dòng)隔離|主動(dòng)消防抑制系統(tǒng)，多重聯(lián)動(dòng)提前介入險(xiǎn)情失。華為工商業(yè)儲(chǔ)能通過(guò)多重傳感+及時(shí)排氣+提減少故障損失。11 12CO傳感器②CO傳感器②儲(chǔ)能柜內(nèi)配有煙感、溫濕感、CO探測(cè)器等多重傳感器，可以精準(zhǔn)檢測(cè)柜內(nèi)溫度和可燃?xì)怏w濃排氣系統(tǒng)排氣系統(tǒng)機(jī)柜排氣系統(tǒng)基于可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)到電池開閥釋放可燃?xì)怏w時(shí)，排氣模塊運(yùn)行以降低電池倉(cāng)內(nèi)可燃?xì)怏w濃度。在排氣過(guò)程中，電池模組上的散熱風(fēng)扇成為輔助動(dòng)力源，可以把電池模組后部的可燃?xì)怏w也全部排出柜內(nèi)，做到無(wú)死角排氣。通過(guò)配備多重動(dòng)力源設(shè)計(jì)的排氣系2主動(dòng)消防模塊主動(dòng)消防模塊主動(dòng)消防抑制模塊在檢測(cè)到柜內(nèi)環(huán)境異常時(shí)提前啟動(dòng)，通過(guò)滿足惰性濃度和氣體降溫抑制熱32023年4月16日2023年4月16日,華為委托TUV萊茵在河南國(guó)家危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急救援實(shí)訓(xùn)演練|頂部泄爆傳統(tǒng)工商業(yè)儲(chǔ)能柜通常不配備泄壓或泄爆裝置，燃爆導(dǎo)致的沖擊會(huì)對(duì)運(yùn)維人員和消防人員的人身安全構(gòu)成重大威脅。華為工商業(yè)儲(chǔ)能在柜體頂部配備了滿足NFPA68安全設(shè)計(jì)理念的泄爆面板，并在機(jī)柜正門使用了5點(diǎn)式門鎖和創(chuàng)新掛鉤設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)發(fā)生不受控制的能系統(tǒng)的泄爆系統(tǒng)可以將柜內(nèi)的壓力向上引導(dǎo)并遠(yuǎn)②5點(diǎn)式門鎖頂置泄爆的性能水平，華為委托TUV萊茵成立驗(yàn)證小組，于2023年4月進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)頂置泄爆相采用單個(gè)電池模組過(guò)充觸發(fā)熱失控，當(dāng)電芯達(dá)到熱失控后一定時(shí)間采用單個(gè)電池模組過(guò)充觸發(fā)熱失控，當(dāng)電芯達(dá)到熱失控后一定時(shí)間點(diǎn)火引爆。在試驗(yàn)柜邊按儲(chǔ)能布局要求放置參照柜，通過(guò)試驗(yàn)柜體內(nèi)部攝像、外部槍機(jī)攝像頭、高速攝影、無(wú)人機(jī)和紅外熱成像等多種觀測(cè)手段，綜合考察頂置泄爆是否能保護(hù)周邊13 圖17.通過(guò)多種觀測(cè)設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)捕捉左：測(cè)圖17.通過(guò)多種觀測(cè)設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)捕捉左：測(cè)試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期，試驗(yàn)柜頂部泄爆窗完全打開，可以直接從頂部灌水消防，有效避免圖18.試驗(yàn)結(jié)果良好，對(duì)周圍能夠做出有效保護(hù)左：無(wú)人機(jī)基于TüV萊茵的技術(shù)評(píng)估和實(shí)證測(cè)試結(jié)果，華員人身安全具有指導(dǎo)意義。14工商業(yè)儲(chǔ)能的持續(xù)部署是實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳化人身三個(gè)維度對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能進(jìn)行系統(tǒng)化的安全設(shè)計(jì)。[1]陳璨,鄧鶴鳴,曹陽(yáng),孫巍,黃榮.用戶側(cè)儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析[J].供用電,2021,38(08):12-18.[2]唐亮,尹小波,吳候福,劉鵬杰,王青松.電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)安全標(biāo)準(zhǔn)的需求[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2022,11(08):2645-2652.[3]曹文炅,雷博,史尤杰,董緹,彭鵬,鄭耀東,蔣方明.韓國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能電站安全事故的分析及思考[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,9(05):1539-1547.[4]霍麗萍,欒偉玲,莊子賢.鋰離子電池儲(chǔ)能安全技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)——從全球?qū)＠麛?shù)據(jù)分析我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2022,11(08):2671-2680.[5]陳璨,鄧鶴鳴,曹陽(yáng),孫巍,黃榮.用戶側(cè)儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析[J].供用電,2021,38(08):12-18.[6]蔡偉,張?chǎng)?張科杰,彭旭東,張愛芳,陳朝陽(yáng),李妍.用戶側(cè)儲(chǔ)能安全技術(shù)分析[J].供