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1、1储能系统安全性评估及应对建议2023中国国际储能大会-杭州Public Presentation|Riming WANG|25-May-20232Contents 趋势:生活电动化 关键:电池系统安全焦虑 应对:安全评估 结语 SGS Socit Gnrale de Surveillance SA 2023 All rights reserved-SGS is a registered trademark of SGS Socit Gnrale de Surveillance SA3 趋势趋势:生活电动化2001年年“十五”期间启动了“863计划”电动汽车重大专项2007年年新能源汽车生产准
2、入管理规则,定义了新能源汽车,新能源汽车市场化的开端。2009年年汽车产业调整与振兴规划,首次提出大规模发展新能源汽车的目标,同年启动“十城千辆”计划2012年年节能与新能源汽车产业发展规划,调整新能源汽车技术路线2018年年取消汽车制造行业的外资限制,尤其是新能源制造领域。特斯拉宣布入华。200022销量50.777.7125.6120.6136.7352.1688.7产量51.679.4127.05124.2136.6345.5705.8005006007008004-电动重卡电动重卡-所处阶段:已量产(逐步推广)主要厂商:
3、三一、宇通、徐工、北汽、金龙、一汽等-电动船舶电动船舶-所处阶段:概念验证(试用)主要国家:挪威、瑞士、丹麦、德国、荷兰、中国等-电动飞机电动飞机-所处阶段:论证电动中国:不只电动汽车5电池储能:能源碳中和不可或缺的拼图 新能源发电作为主力的电力系统中,电化学储能将变成一个技术性需求:平抑电力系统波动;截止到2022年底,新型储能项目累计装机规模超10 GW,平均时长2小时以上,比2021年增长100%以上;在2022年投运的新型储能系统中,锂电池占比超90%。6关键关键:电池系统的安全焦虑电池自燃38%正常充电14%充电故障5%过充电1%电池浸水5%美国2012-2019APS亚利桑那州等3
4、起North America中国2017-2021山西江苏北京等4起Asia Pacific韩国2017-2020灵岩等29起Asia Pacific日本2011NGK1起Asia Pacific英国2020.09利物浦风电场1起Europe澳洲2022VBB1起Asia Pacific7应对应对:安全评估控制系统维护人员对BMS、PMS和EMS之间的信息缺乏共享;PCS与电池保护系统操作顺序未协调;在PCS故障排除后未检查电池状态的情况下重启系统,导致系统在交流侧和直流侧的冲突。电气安全直流侧短路;直流接触器击穿;绝缘失效造成电弧;交流输入端电线烧坏;电池直流接触器的绝缘性能降低。管理和维护
5、服役环境管理不善;环境中湿度和粉尘含量超标,引起绝缘性能降低;异常现象汇报未做好。电池电池生产过程中存在缺陷;许多事故使用同一工厂同一批次生产的电池;电池里面极片上活性物质的涂层不良等。8储能系统安全设计储能系统安全设计电化学安全机械结构安全弱电安全高压安全热安全使用安全 正负极活性材料及极片设计;隔膜;电芯封装;过充保护;内短防护 钣金箱体;SMC+钢托架;碰撞安全;挤压安全;振动;盐雾、酸雨腐蚀;锈蚀;防水防尘 电压、电流、温度采样;CAN通讯;EMC;SOC、SOP、SOH估算;BMS及预警;采样线断路;检测精度 绝缘;耐压;高压连接器;MSD;HVIL故障;绝缘故障;充电安全;欠压 低
6、温加热;热场分析;保温设计;温度场均衡;过温 热失控预警;热扩散报警;箱体内部火灾抑制或消防;外部防护9事故发生后的防护 何时启动?何时启动?安装位置?安装位置?风量?风量?水?全氟己酮?七氟水?全氟己酮?七氟丙烷?液氮?丙烷?液氮?何时介入?何时介入?持续时间?持续时间?10关于热失控 锂离子电芯热失控的普遍性,决定了储能系统热失控发生后的防护是一种必然选择;对电池的热失控防护措施如同为电池储能系统“绑安全带”;标准标准热失控的定义热失控的定义GB/T 36276电池单体内部放热反应引起的不可控温升现象IEC 62619电芯内由放热反应引发的不可控剧烈温升UL 1973&UL 9540A一种
7、电化学电池以不可控制的方式通过自加热升高其温度的事件图片来源:Feng X,et al.Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles:A review.Energy Storage Materials,2018,10:246-267.11电芯产气-参数对比参数参数LFP电池电池NCM电池电池样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品信息容量3.2 V*100 Ah3.2 V*280 Ah3.2 V*96 Ah3.6 V*2.23 Ah75 Ah3.73V*55Ah封装方壳方壳方壳18650圆柱软包 N
8、CM811软包产气量-160 L-3 L120 L140 L开阀温度250 C280275120-160失控温度275C300300185-230燃烧下限常温9.5%8%7.5%7.0%7.8%7.0%开阀温度8%7%6%6%-6.0%最大爆炸压力660 kPa800 kPa560 kPa-510 kPa730 kPa燃烧速率130 cm/s65 cm/s90 cm/s40 cm/s-50 cm/s12模组产气气体成分在线分析 在线气体分析系统由傅里叶红外+氢气传感器+FID构成;氢气的产生滞后于其他气体;气体成分繁杂多样,包括一些有毒气体,如CO,HF,HCN等。13模组产气烟气浓度在线分析
9、00.20.40.60.811.2Smoke release rate(m2/s)受测模组14场地设计(地下停车场)通风足量烟气疏导电气隔离漏液导流部件选配线缆防腐蚀接头绝缘应对建议应对建议15结语结语 不仅仅是储能电池系统,还有动力电池系统:电池起火2/3以上发生在充电时或充电后的等待期 未来的 V2G(vehicle to grid)场景下,动力电池也是储能系统 进一步关注:热失控烟气毒性的定量分析与毒性分级 CO HF、PF3 N2O、NOx16我们是我们是SGSSGS国际公认的测试、检验国际公认的测试、检验和认证机构和认证机构17SGSSGS概览概览N 1国际公认的测试、检验和认证机构
10、97,000名员工2,650个分支机构和实验室7大全球性行业全全球化服务球化服务本土化专业能力本土化专业能力18通标标准技术服务有限公司(SGS中国)成立于1991年,总部位于北京,是SGS集团和隶属于国家市场监督管理总局系统的中国标准科技集团共同组建的合资公司,中国境内首家获得CNAS(中国合格评定国家认可委员会)ISO 17020认可的外资检验机构,也是国内获CNAS认可范围最广的外资认证机构资质完备的实验室网络,获得包括CNAS,CMA,IECEE,GS,DAKKS,UKAS,HOKLAS,KFDA,JPMA,ISTA,CCC,cGMP等多家国际权威机构颁发的实验室认可SGS在中国19S
11、GS新能源业务的全球布局35labs worldwideAMERICASTroy(MI)Lapeer(MI)Taylor(MI)Empire(CO)Aurora(CO)Columbus(IN)Fairfield(NJ)Suwanee(GA)Mexico CitySao PauloEUROPE&AFRICABordeaux CestasEtupesMunichHertenGetafe CasablancaASIAChangchunSuzhouGuangzhouWuhanNingboShanghaiShenzhenTianjinChongqingManesar DelhiPuneChennaiRa
12、yongChonburiAnyangGunpoDongtanYokohamaNew Taipei City Xindian DistrictTainan cityUnder developmentBattery lab location20SGS电池实验室Approved by CNAS to be able to certify CE and EPCS,PSE,SGS Product Safety Mark,SGS NA cert.2008200018SGS SZ Safety LabApproved by CBTL to be able to c
13、ertifyCB,SGS GS-Mark,FIApproved by SPRING to launch CPS;approved by BPS;take over Australia RCM registration and SAA application businessApproved by SCC and ETICS to be able to certify ENEC.Approved by WPC to launchWPC(QI)testing.LaunchedNRcan and GCC businessApproved by OHSAApproved by BATT CTIA to
14、 be able to certify CITA North American and Mexico certificationApproved by CMABATT TeamWPC TeamCO TeamPF/SPL TeamEnergy TeamOct.,2010Shenzhen Battery Lab was established.Mar.,2011Shenzhen Battery Lab obtained CNAS qualificationApr.,2012Shenzhen Battery Lab obtained CBTL qualificationNov.,2014Shenzh
15、en Battery Lab obtained NRTL qualificationAug.,2018Shenzhen Battery Lab was expanded.Apr.,2016the large-scale expansion of CNAS was completedJan.,2016Expanded into Shenzhen components&parts LabJan.,2017 Received ENEC approvalMar.&Oct.2017 Obtained CBTL qualifications for switch and reel products Mar
16、.2018Approved by CPS as an RTL labAug.,2010Shenzhen Performance Lab establishedOct.,2010LaunchedKA protocol businessDec.,2008Energy team was established Sep.,2009 Energy business obtained CNAS qualificationOct.,2015 Received the first Energy Star certificateDec.,2012ExpandedCalifornia battery charge
17、r system businessAug.,2018Expanded Hong Kong TV Energy Efficiency Business Jun.,2011 Launched SPL projectDec.,2016Received the first NRCAN certificate Mar.,2017E-commerce and retailer business in mainland China startedMar.,2016Launchedthe IPXX projectJun.,2014Headphone performance test standard is a
18、pproved by CANSJun.,2014Noise test standard isapproved by CANSNov,.2013Conductedelectroacoustic testing rental businessJul.,2013Establishedanechoic chamberSep.,2017SZ WPC Lab establishedJun.,2018 the WPC authorized lab for EPP approvedMar.,2018 number of orders exceeded one millionMar.,2018Obtained
19、compatibility testing capability Nov.,2017 WPC Authorized Lab for BPP approved2007SZ Safety was established in March 2007.Aug.,2019Shenzhen Battery Lab obtained A2LA qualification21SGS电池实验室业务范围22欧盟欧盟北美北美中国中国日本日本韩国韩国印度印度澳洲澳洲中国台湾中国台湾UN便携式应用便携式应用IEC/EN 62133-2UL 1642UL 2054 UL 62133UL 2056UL 2743IEEE 1
20、625IEEE 1725GB 31241GB/T 35590-2017GB/T 18287-2013Appendix 9J62133KC 62133IS 16046CB to RCMCNS15364UN 38.3轻型动力车轻型动力车EN 50604-1IEC 62660-1/2/3(EN 15194)UN/ECE R136 Part IIUL 2271UL 1642GB/T 36972-2018(GB 17761-2018)GB/T 36672-2018UN/ECE R136 Part II-AIS-038-工业应用工业应用-固定式储能固定式储能IEC 62619IEC 63056UL 197
21、3UL 1642UL 9540AGB/T 36276-2018 JIS C 8715-2KC 62619-CEC listed-工业应用工业应用-工业机械与车辆工业机械与车辆IEC 62619UL 2580UL 2271-JIS C 8715-2-新能源汽车新能源汽车IEC 62660-1/2/3UN/ECE R100 Part IIUL 2580UL 1642GB/T 31467.1/.2/.3GB/T 31484/5/6GB 38031UN/ECE R100 Part II-AIS-038-SGS电池实验室业务典型电池认证计划23电池喷射试验机:电池喷射试验机:可按标准,对电池进行喷射测试
22、。Battery projectile test machine:The battery can be heat according to the standard.内短针刺挤压一体机内短针刺挤压一体机Battery forced internal short circuit test,crush test and nail penetration test all-in-one machine充放电测试中心:可对一次/二次电池,进行常温或高低温下的充放电测试。Charge and Discharge Testing Center:Charge and discharge testing fo
23、r primary/secondary batteries at normal or high and low temperature.充放电测试中心:可对一次/二次电池,进行常温或高低温下的充放电测试。Charge and Discharge Testing Center:Charge and discharge testing for primary/secondary batteries at normal or high and low temperature.实验室能力展示24热滥用测试房热滥用测试房Thermal abusetest roomSGS自主研发的测试自动化平台,可通过机
24、械手,自动的完成多个项目的热滥用测试。SGS self-developed test automation platform,it can automatically complete multiple projects by manipulator.实验室能力展示25BATAS-2:电池测试自动化系统-2,为SGS自主研发的测试自动化系统,可每天24h,对多个电池项目自动化的完成各种温度下的充放电测试。BATAS-2:Battery Test Automation System 2,is an SGS self-developed test automation platform,it ca
25、nachieve charge and discharge test for batteries at different temperature during 24h a day.实验室能力展示26热失控研究 自主设计的全套设备:电芯-模组-电柜 气体分析+烟气分析:FTIR、总碳氢、H2等 在线分析+采样离线分析 可以开展研究类实验项目27技术团队Jerry Xiao安规安规&新能源技术专家新能源技术专家STP 成员成员Jacob Lu电池电池&新能源技术专家新能源技术专家CCAA工厂审核员工厂审核员Judy FuIEC 技术组专家技术组专家电池电池/功能安全功能安全/软件评估技术专家软件评估技术专家Ryan Hu电池电池&新能源新能源 技术专家技术专家Eagle Huang电池电池&设备自动化设备自动化 技术专家技术专家June Zhang检测检测&认证认证 体系专家体系专家28Thank you!SGS Socit Gnrale de Surveillance SA 2023 All rights reserved-Have any questions?RSGS is a registered trademark of SGS Socit Gnrale de Surveillance SA