中国储能网讯：5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

TÜV南德意志集团储能事业部高级技术经理张书博在国际储能专场，以“储能电池，我们不仅仅关注滥用测试”为题，发表了精彩演讲。

演讲内容如下：

张书博：尊敬的各位来宾，女士们、先生们，大家早上好！我来自TüV南德意志集团储能事业部的技术经理张书博。很高兴有机会和大家分享储能电池方面的经验。

对于储能电池，刚刚James Biggins先生也说了，安全，包括在美国市场，大家都十分重视电池的安全问题。因为电池，尤其锂电池历史不是很悠久，安全方面不是很成熟。现在大部分的锂电池都是以电池的滥用测试为安全的基准，怎么样叫滥用测试？对于电池来说，如果超出正常的使用范围条件下，那这就是滥用条件。滥用条件主要有三种：温度，热滥用，比如电池在超过它的正常使用范围之后，会不会出现一些热失控现象，还有机械滥用，比如冲击还有针刺滥用，还有电器滥用，过充、过放。滥用测试很重要，很多电池研发者以滥用者考虑电池安全使用的条件。TüV南德意志集团在最近十多年的时间里也通过大量的滥用测试里了很多经验，各种不同储能电池在各种滥用条件下的反应情况。这些滥用条件下的结果是对于电池研发者来说可以提供一些经验，在电池研发过程中怎么样提供一个很合理的保护。

电池为什么会出现滥用条件呢？为什么在滥用条件下会有热失控的反应？大家可以看一下，我这边图上给了一个图示，电化学窗口，这是以电压为例。当电池的电压，比如充电电压在电化学窗口之外，电池可能产生热失控条件，会产生滥用条件。大家可以看左边的图示，不同体系的电池电压不同，对于研发者来说会非常关注这个电池的标准电压多少、最大的承受充电电压是多少。为什么电池超过电化学窗口会有这些危险条件？大家可以看到，现在很多电池标准都出了左边图示里面最大充电电流、最大充电电压，还有不同温度下，电池在什么范围内是安全的。我左边五边形的图给出来了，主要三方面的因素，温度，温度过高或者过低，电池有可能产生一些不良的反应。电流电压也一样，电流过大或者电压过高，或者电池出现过放，超出这个范围之后，电池就可能处于不安全的范围，所以传统的一般安全考虑都要考虑电压温度和电流三个方面的保护条件。

电池为什么出现热滥用？最根本的原因还是温度，不管是电压过高或者是过放或者电流过大，最终产生的热失控的原因都是由于温度过高。当电池温度不断提高，提高到某个值之后，电池结构当中有些材料会有自加热特性，到达这个温度之后，即便外面不提供加热，这个电池的温度会持续缓慢上升。当电池温度上升到某个值之后，这个电池会出现热滥用情况，这个图上，一般电池120度左右，通常的大部分电池可以承受。当温度超过120度，甚至到150度以上，基本上所有锂电池都会在某个温度点出现热失控。到某个温度之后，这个电池即便外面不给它加热条件，它也会持续缓慢上升，一直到它热失控点，那电池就会出现起火、爆炸这样我们接受不了的情况。

电池在不同条件下，根据电压和温度条件，从第一到第七不同区域内电池可能出现的热失控或者通过隔膜溶解造成段落或者其他方面的问题，比如氧气从氧化物当中释放出来形成一些起火条件。

怎么防止电池热失控？滥用测试非常重要，通过滥用测试可以看到电池对于滥用条件的抵抗能力，电池研发的时候也非常关注怎么样让电池抵抗热滥用，比如前面说的机械滥用、热滥用、电器滥用，各种条件下电池安全。在座有很多朋友来自电池企业，你想做到电池抵抗所有滥用条件，这是很困难的。另外一个手段是怎么减少滥用条件，现在很多标准中持续关注到这点，很多标准中，现在比较传统的标准是以滥用作为安全的条件，在这些标准当中，我们经常坐车的时候会把主动保护失效，什么叫主动保护？对于电池保护有两种：一是被动保护，被动保护就是电池当中本身固有的，上面有CID、PDC等保护元器件，它形成的保护是被动保护。二是主动保护，BMS，BMS需要检测电池的温度、电压、电流的条件，当条件超出电化学窗口之后，BMS通过切断它的充电电流、放电电流来实现保护，这就是主动保护。传统的标准当中通常会把主动保护失效掉，为什么失效？因为主动保护通常来说从传统意义来说，很多电池保护不是很可靠，实际使用当中可能会出现保护失效。比如你用的MOS管、继电器作为分段，他们都出现问题，它的保护是否可靠就不一定。现在关注点，如果电池没有办法抵御所有滥用条件，是不是通过可靠的BMS，让电池减少承受滥用条件。这是我今天和大家分享的要点。

现在很多标准当中，包括VD2510等，已经对电池保护的终端可靠性提出比较深的要求。因为早期我们认为BMS不可靠，会把主动保护失效掉，只要看电池在滥用条件下会不会出现热滥用、爆炸、起火等不可接受的结果。左边的图示给的是通常BMS的结构，通常我们会考虑三方面的保护，温度、电流、电压，我会设定温度保护，过充、过放的保护，电流保护，同时BMS还提供均衡电路，因为电池的一致性不那么好，我通过均衡电路相当于电池使用中，它的电压尽可能是一致的，减少它的滥用条件。BMS其实从结构来说，现在主要有三种，一种是机动式，一种是分散式，有三种不同的BMS。BMS的结构，BMS可以放在电池里或者储能系统里面提供这个保护功能，左边的图示是半分散式的BMS的结构。

BMS是属于主动保护，保护可靠性决定在什么方面？功能安全，BMS的硬件、软件是不是经过功能安全的验证，当BMS里面存在一些系统失效、潜在失效条件之后，你的保护功能存不存在？你能不能继续保证你的保护功能？左边是我列出来功能安全方面不同标准当中存在要验证的方面。后面会详细和大家分析。尤其针对我们TüV南德意志一直和很多储能企业都有合作，他们在开发过程中和我有沟通，我把存在的主要问题，研发当中储能电池存在的问题和大家分享。

第一条，BMS一定要保证电池能处于正常的电化学窗口里面，不要超过电化学窗口，超过电化学窗口，电池存在热失控的风险。电化学窗口一定要注意，下面的控制温度是电芯表面温度，它控制充放条件是控制环境温度，外界提供的温度怎么样。电池本身来说，我关心的不是外界温度，电池里面通过一些冷却、散热，我也可以维持它正常的电化学窗口当中来操作。但是，你电芯表面温度比较高之后，当电池温度到某个点，比如温度在120度上某个点，比如150度左右，你的电池就会出现自发热条件，就会不可逆的最后出现热失控。在电化学窗口中一个非常重要的是要监控电气的温度，这样就会出现非常困难的问题，对于储能电池来说，里面可能存在很多电芯，很多串、并电芯组成的储能系统。如果监测温度不合理，监测点，比如一个模组监测三个电芯温度，其他电芯出现温度过高可能没有办法监控到。这是实际操作中很困难的。很多要求控制每个电芯的温度都不超过上限温度，这种情况下怎么合理的去设置这个温度采样点就非常重要。如果超过电化学窗口，BMS要进入安全模式，如果温度过高，超过上限温度或者低于下限温度，会让它进入安全模式，不能充电和放电。

第二，软件方面，BMS一定要通过一些软件，通过电压采集、电流采集，把电池的信息读到BMS里面，通过软件我会设定它在什么温度下来保护或者电流到多少或者电压到多少，我来实现保护。这种情况下你需要采用一些软件编程，软件编程我和国内很多企业聊过，现在国内开发BMS的过程，没有按照功能安全，大家可以看到右边的V字形的图，这是功能安全当中对IEC61508的软件功能验证方面的正常，如何验证一个程序。很多企业并不是走V字形，而是走倒V，它不是按照正常程序对软件系统设计，每一步通过验证保证软件的可靠性，实际当中，BMS开发的时候大家就要考虑功能安全，尤其考虑到和功能安全公司合作去看到，有哪些功能安全当中应该考虑的风险，没有考虑到的风险问题。软件安全下面列了几个标准，这都是可以考虑的，比如IEC61508、汽车用的功能安全ISO26262-2，还包括62061，都可以作为考虑。

对于电压性能采集，对于电池系统来说非常重要的电压采样，包括电池测试也是非常重要。如何把电池电压能测得很准确。如果电池电压测得不准确就会造成实际采集的电压和实际的电压不一样，那锂电池已经插入电化学窗口，你可能不知道。我下面给大家两个图示：左边的是方形电池，电池和电压测两线，有绝缘垫圈，这样保证他们不要接触。我看过一些企业，他们测试的时候直接没有采用试线法，他们直接接触，如果电压测量线和电芯之间有压降，电流线上有比较大的压降，对于储能来说电流比较大，采用压降就会导致测量的电压不是真正的电压，你电量过放，电压已经低于2V，但是你通过电压测量线还是高于那个值。电流线一部分分析，你当成电芯的电压，电芯已经过放，但是检测不出来。所以很多标准里面明确要求电压测量线保证电压测量的准确性，如果精度达不到，同样会造成实际测量的电压值可能会和你真正的电芯实际的值有差异。

对于不分断开端，前面说把主动保护作为不可靠保护，左边的图是一个继电器，继电器会出现什么问题？会再连，它分断的时候会有很高的温度，触点会发生粘连，出现过充就没有办法保护了。现在很多电池在实际当中，就是我们知道有些案例，我记得几年前有一个大巴车起火，后面分析大巴车起火的原因是过充之后电流没有分断，这个报告我没有看过，但是从通常的原因分析来说，可能就是用的计算器发生粘连，通常的电池保护也会出现MOS管被击穿的情况。

电流采样，采用两种方式：分流器和霍尔元器件，他们各有优缺点，看实际当中对电池结构方面的考虑，哪个更合适。

联锁功能，经常有电池厂的朋友问为什么有联锁的要求？储能电池最大的问题是上面很多连接器可能没有办法存在带电分断，如果不存在带电分断，你要在电池打开的时候，连接器断电就需要联锁功能保证可靠性。

降额使用，电池在低温下电流可能会比较低，电流不能过大，正常情况下100A分断，低温情况下50A分断，根据承受的电流能力不同，在温度10度以上是100A分断，10度以下就降50A分断，这是降额使用，BMS在降额条件下，同样保证电流使用不会超出电化学窗口。对于超出电化学窗口的情况下，一个持续的电压电流监控也是非常重要的，这样才能保证电池即便出现故障之后，一样知道电池的状态。

在BMS精度方面的检查，我用精确性，两个解释：一是准确，二是精密。右边的图揭示了什么是准确，什么是精密。

在BMS经常采用通讯功能，采用通讯就要考虑通讯的可靠性，当通讯出现故障，没有办法知道电池信息的情况下，BMS应该要进入安全模式。

BMS出现过温或者其他的条件下，我们同样也要能实现电芯的电压、电流温度这些值不会超出它的电化学窗口。

在零部件故障，尤其电芯上面，本身一些主动保护元件、被动保护元件，出现故障的情况下，微电池出现故障，我们要保证电池与其他电芯能真正隔离开，才能保证这个电池在继续使用当中不会出现其他热失控的条件。

前面Mr.James Biggins也提到，在北美非常重视电池起火的条件，在起火出现漏液或者起火条件，我们如何保证我们知道里面储能电池已经出现故障了，包括漏液的时候要保证电解液不会露到外面，如果大家有兴趣，我们可以和大家以后讨论，当储能电池出现事故的情况下，能和消防和其他取得联动，这里面会有很多细节的问题需要和大家进一步讨论。

通过TüV南德意志近十年对储能电池的测试，我们发现电信的抗滥用能力不断提高，我们发现以前的针刺或者过充、短路测试，失败率逐年下降。不管怎么样，电芯没有办法抵御所有的滥用条件，BMS防止它出现滥用条件的BMS主动保护会发挥非常大的作用。但是BMS出现主动保护的可靠性，尤其功能安全验证就会变得非常、非常重要。我们在储能电池开始设计的时候要考虑BMS功能安全问题，应该尽早和我们TüV南德意志取得沟通，现在手上很多项目都是在它研发阶段，一开始就跟我这边建立联系，知道标准方面有什么要求。如果一开始不知道这些要求，你可能到这边来测试认证的时候，发现你走了很大的弯路。最重要的是在BMS研发开始阶段就要考虑到怎么样去避免走这些弯路。

由于时间关系，没有办法和大家详细把这些功能安全方面的细节给大家分享。希望大家会后有时间、有机会也可以拿我的名片，和我这边进行沟通。谢谢大家！

（本文根据现场录音整理，未经本人审核）