中国储能网讯：4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月24日下午的“储能电站与技术应用（一）专场”，惠州亿纬锂能股份有限公司储能事业部电力储能技术总监蒙玉宝在会上分享了主题报告《先进储能电站设计与实践》，以下为演讲实录：

蒙玉宝：尊敬的各位专家、行业同仁，  大家下午好！我叫蒙玉宝， 来自惠州亿纬锂能股份有限公司，现在担任亿纬储能事业部 电力储能技术总监，很高兴有机会在此分享过去近两年的时间里亿纬锂能对储能电站设计与应用  的一些心得与体会；

我今天分享的报告题目是“先进储能电站的设计与实践”

主要从如下三个方面展开：

首先，分享我们在做项目过程中所了解到的客户痛点；

其次，针对这些痛点，在电站设计的过程中如何有针对性的解决；同时在项目实践过程如何反过来不断优化我们的系统设计；

最后一部分，给大家分享一些成功项目案例。

1、客户痛点

第一个客户关注度比较高的痛点是 锂电池储能电站的安全问题，近几年国内  国外储能电站安全事故偶有发生，对客户的财产安全和人员安全造成严重损失，同时，潜在的、不可预知的安全隐患是严重的安全风险。

针对安全问题，我们的理解主要分为两个方面：

首先是储能电站的设计是否安全；

像目前电科院在主导起草的相关国标或相关行标等会对安全有相应的规范要求，安全标准规范体系在逐步的完善；结合这些标准我们如何去评价一个系统的设计是否安全；

刚说的设计安全是静态的安全问题，

但在电站整个10年的运行期间，我们如何保证系统的动态安全；

比如一种是运行过程中突发性的安全问题，因为器件失效存在一定的比例和偶发性，就算一些关键器件在长期的运行期间突然失效，我们的系统是否可以安全的运行；另外还有一种是渐进式的安全隐患，比如器件在使用过程中发热，随着使用过程中器件不断的老化，器件有可能在充放电循环中因为热累积而引发安全事故，这类事故我们的系统是否可以提前检测到并能进行预警和提前维护；

第二个客户关注度比较高的痛点是系统的运维难问题；

第一类：有些项目定制化需求多，交期紧，系统在设计/连调过程中各个功能模块的互通性差，各功能模块没能有效的融合，比如，BMS的参数设置没有完全根据我们电芯的特性相匹配等，这会很大程度上影响系统的运行状态。

第二类：在目前的储能电站建设过程中，基本的投资年限都在10年左右，对于客户来说在电站的使用过程中如何评估系统10年使用期之内的性能，目前缺乏有效、完善的测试验证的方法和数学模型，比如说我们的海外客户，要求对产品全生命周期内的运行质量进行量化评估，这样第三方金融机构才能针对这个项目提供融资的解决方案；目前这样的数学模型不健全。

第三类：电站缺乏完善的运维规程，项目对电池数据的存储没有明确要求，没能定期分析系统的运行数据等，直到系统出现问题了才去处理，导致系统运维的可持续性差；

第四类：在产品设计过程中，对易维护和易操作考虑不充分，维护周期长，而储能电站的运行时间直接影响客户收益。

2、设计与实践

2.1、痛点——》产品功能/特性要求

以上针对客户痛点的分析与理解转化到我们的产品设计和应用，我们认为系统应该包含以下功能/特性：

1、产品本身的设计必须是安全可靠的，即使是在极限条件下或偶发的情况下系统也不会引发火灾等安全事故；

2、产品的静态或瞬态的数据是可以准确  实时可以知道的，在安全事故要发生时，系统可以及时动作，最大限度地减少损失；

3、针对渐变的安全隐患或性能的离散变化，系统应该可以有效的进行诊断和预判，这需要求系统尤其是电池能够建立准确的全生命周期数据模型，需要大量的测试或运行数据和进行大数据挖掘和分析，提供判断依据；

4、针对运维，除了产品的易维护设计，高效  智能运维是储能电站的发展趋势，比如一个电池箱上的BMS从控故障了，系统的云平台可以通过上报过来的模块长期运行数据分析，结合系统内建立的各类故障模型数据库，能够准确对故障进行预警或判断，并提供维护建议或及时的动作，甚至以后电站的模块更换可以将新的模块发给快递小哥，通过远程简单指导进行更换就可以了。

2.2、针对性设计

那么以上对产品功能或性能的需求主要从以下几个方面展开我们有针对性的设计：

比如电化学的设计，目前亿纬已开发储能专用电芯，针对储能产品的应用工况进行性能的匹配，如温度特性、循环特性、倍率特性等；

再如热设计，从电芯到整个系统我们都建立了完备的仿真模型，并与测试数据对标优化，控制系统在合适的温度范围运行，同时控制系统温差，极大的降低因为不同电芯因为运行温度的差异导致衰减状态不一，最终一致性变差，系统稳定性或可用电量降低。

还有如运平台大数据分析等，下面我们会有涉及。

2-3、电池设计能力与生产能力的介绍

这页ppt展示的是我们全自动化的电芯生产过程，整条生产线是目行业内先进的设备，整个生产线包含上千个控制点，除了设备和原材料，对整个生产工艺和生产过程的管控，是保证7乘24小时，一年四季生产出高品质和高一致性电池的保证。

同时公司建立了全面的测试能力，从原材料的成分分析、含量分析到电气性能的测试，来确保我们生产出来电芯的性能；

另外我们也有全面的安全可靠性测试能力，来针对不同的客户需求来验证我们从电芯到系统的安全性。下面我将给大家介绍我们的几个安全测试实例。

2-4锂电池本征安全：

锂电池储能系统无论是从货值还是从体积来说，主要部分还是还是磷酸铁锂电池，那么我们要保证铁锂电池本征是安全的，从电芯的材料设计如耐高温电解液、阻燃材料到结构设计如防爆阀、集流体等都有考虑安全性。

上面两张图片展示的是我们对电芯进行短路测试的实验，测试过程中，短路电流达到了近2000A，电芯微微鼓胀，正负极柱的绝缘材料融化，但防爆阀没有破裂，没有冒烟、起火和爆炸，拆开电芯来看内部结构的软连接结构熔断进行自保护。

下面两张图片展示的是我们模拟产品在实际应用过程中有可能出现的电芯过充电及加热导致热失控的实验，蓝色线表示电压，细红色线检测的是电芯的温度，下面粗红色线是环境温度，左边纵坐标是温度，右边纵坐标是电压，横坐标是时间。首先从蓝色曲线上看标了1的是电芯已经充满电的状态，电压达到约3.65V，此时没有加热也没有过充，到第二点开始对电芯进行1C的过充电，此时电芯电压快速上升，同时温度也缓慢上升，过充到第3点停止，电压已从至超过5.2V，此时电池从外部表征来看除了电压和温升，没有别的异样，防爆阀没有打开，也没有起火爆炸，说明电芯的耐过充能力是够的，另外在储能系统中如果出现这种过压/过温的情况，系统早已告警和保护，并断开充电回路。

继续往下看，第3点过充停止以后电压快速的下降至电压平台，到达第4点时开始启动对电芯进行满功率加热，温度持续上升，至第五点电芯已经发生热失控，时温度急剧上升，到第6点时防爆阀打开泄压自保护，整个过程中不起火不爆炸。

接下来这个实验主要是模拟电池在外力破坏造成短路的针刺实验，实验的电芯是满电，用钢针依次穿透10个电芯的模组，电芯在钢针穿透的过程中发生短路产生大量的热和气体，防爆阀依次爆开，但整个过程中没有起火和爆炸。

以上模拟实验展示的是电池本身的安全特性，在极限情况下不会引发安全事故。

2-5、热安全

前面也介绍了温度和温升和温差等对系统的寿命和能量利用率有较大影响，目前我们从电池单体到整个集装箱都建立了相应的热仿真模型，我们电池箱采用的是风冷的散热结构，电芯之间有风冷的间隙，同时其他模组材料均选用V0级的绝缘阻燃材料，这种设计一方面可以有效的散热，另外一方面可以对单体进行物理上的热隔离和安全隔离，有效降低故障蔓延机率。

其他方面如风扇设计、空调选型、风道设计等我们都做了相应的仿真和测试，此外还可以通过温升、温差在不同时间点的维度横向的对比分析和在不同的电芯或电池箱纵向的维度对比分析，来判断产品的性能和状态，提供预警和提前维护建议/参考。

现在我们单个10kWh的电池箱实测，在1C倍率充放电的情况下，温差可以控制在2度以内，整个40尺的集装箱1C充放温差可以控制在6度左右。

2-6、BMS安全

BMS也是锂电池储能电站不可缺少的部分，做为直流系统的大脑，BMS对数据采集和告警保护的准确性、通信的可靠性直接影响系统的运行效果。

BMS这部分我们主要是通过多级的硬件保护和多维度控制策略软件保护来保证系统的安全性和动作的可靠性。

如采用熔断器、断路器、接触器多级的短路保护，同时还要监控器件的状态是否正确。

另外我们在项目实践过程中，用温感枪扫描端子的温度时发现，有端子温度过热的情况，温度达到近百摄氏度，分析发现该端子生产过程中存在一定的接触不良比率，存在过热安全风险，那么设计中我们通过BMS对这些易故障点进行监测，如会对接插端子的温度、熔断器的状态，还有铜排温度、系统的绝缘耐压及可燃气体进行监测，提供故障的预警和维护判断。

其他的还有电压、温度、硬件故障等采取对应的措施，保证BMS的安全。

2-7、消防安全

以上介绍的几个主要的安全设计和安全预防及保护，那么万一系统还是出现了火灾险情，系统是否控制得住。目前针对储能电站消防灭火，主要有七氟丙烷自动消防系统、相变材料消防系统以及液体消防等，或者有些项目客户要求提高安全的可靠性，会同时安装多种消防系统。消防系统的的消防输入信号除了可以来源消防系统本身，还可来源BMS、EMS等，另外一般都会配备声光报警系统，能够快速的响应专业人员进行灭火及人员疏散。

2-8、关于安全方面最后想提的是选址安全和操作安全

有条件的情况下选址附近最好有水源，离住宅楼或重要设备或建筑要有一定的安全距离或者建立防火墙，并预留逃生通道；

与此同时，在系统安装调试的过程中往往是安全事故的易发点，容易被人们忽视，事前应当做好当事人的培训与考核，并且规范化安装调试的规程。

在系统的运维期间也应当制定明确的操作规程，规范化操作，减少人为事故，定期巡检维护，提前解决问题。

以上主要对前面分析的客户痛点之一安全问题进行的设计与实践的分享，下面针对运维难方面主要是从智能运维云平台建设、电池数学模型的建设及产品的易维护设计方面进行分享。

目前我们在用户侧储能的项目，都上了云管端架构的云平台，来对系统进行智能运维，让客户可以随时随地的对系统的状态和收益了如指掌，同时运维人员也可以在不用下站点的情况下对系统进行远程数据获取、分析及故障诊断等，随着数据量越来越大、系统的数学模型越来越完善，我们的云平台也将会越来越智能，运维也会越来越准确与高效。

2-9、电压平台变化：

这是是我们在实际项目运行过程中截取的一个单体电芯的电压数据，从曲线上看随着循环次数的增多，放电电压平台逐渐下降，充电的电压平台逐渐上升，该参数变化的趋势因各家电池特性不一样可能会有差异，但对于我们来说这个变化参数可帮助我们对系统的运行状态进行评估和预测，同时还可以帮助我们调整响应的控制策略。

2-10、衰减容量变化：

这个数据是电芯的容量衰减与能量效率的变化趋势，可以帮助我们识别非正常衰减电芯，也可以帮助我们提高系统在整个生命周期内投资收益评估的准确性等。

2-11最后从设计的角度分享我们的一些易维护设计

系统交付方面：传统的交付模式是PCS、电池、集装箱等从各个厂家分开发货到现场，再进行组装连调，这样易产生现场各厂家产品经常出现软件、硬件对接不上的问题，现场人员解决问题的能力不一、工具设备不齐、导致解决问题的周期很长，成本高；另外各部件拆分运输到现场再组装的方式，产生的运输成本和拆装成本也很高。

亿纬采用的模式是，系统采用整体运输设计，系统在场内连调测试好后，将部分线缆拆除，然后整天运输到现场直接接好线就可以上电运行。

从部件的易维护设计角度主要有部件的插拔设计，如BMS从控松下两个松不脱就可以对BMU进行更换维护。像上面也说了的，动力接插件，我们自己开发了带自锁、正负极防呆的接插件。另外我们现在在有些项目中也逐渐采用组串式的PCS方案，每个PCS模块对应一个电池簇，可以在单个电池箱或BMS或PCS故障时自动脱力，不影响其他簇的正常运行，提供系统的可用率，也便于单个簇的部件更换和维护。

此外我们电池箱的设计从结构尺寸、电压容量等兼容了通信电源的梯次利用设计，便于在未来电力储能电池退役后可以直接应用在通信电源上，提高系统的残值和收益。

3、最后给大家分享我们几个成功项目案例

有关注亿纬的朋友应该知道前几天我们在美国加州交付的8个兆瓦时的系统成功通过客户严苛的测试验收要求，成功并网验收。该项目主要是应用于辅助光伏发电消纳和电能质量调节。

第二个案例是去年下半年我们中标的河南电网100MW电池储能示范工程第二批设备采购1C充放电倍率4.8MW/4.8ＭＷｈ的项目，主要应用于调峰和需求响应，目前系统已在平稳的试运行阶段。

第三个是我们在江苏、广东不同的地市用户侧储能案例集，主要应用是削峰填谷及部分的应急电源功能，去年在用户侧我们总共交付了有30多MWh的系统。

这个图表是系统实际运行情况的介绍，左上边是系统有效运行小时数的曲线，左下边是预计收益与实际收益的曲线，从曲线上看收益是波动的，说明系统有问题，右边我们也统计了过程中出现的问题并逐个优化解决，从曲线上也看得出来，曲线的变化趋势是越来越收敛的，系统运行也越来越平稳。总体来看系统有效运行的比率达到90%，效果不错，并且未来会越来越平稳。

最后跟大家分享一下我们对储能的发展思路：

第一个是 希望通过技术进步提升循环寿命，规模化生产降低产品成本，预计2021年储能系统的度电次成本能达到0.2元，从目前来看这个目标应该会更早可以实现；

第二个是以先进的电芯技术作为基础，标准化的集成技术。