鋰離子電池儲能系統BMS的功能安全分析與設計

2020-12-21 全國能源信息平臺

【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】

北極星儲能網訊:近兩年，中國儲能產業迎來爆發式增長。相較於其他儲能技術，由於生產技術的快速進步、製造成本的逐步下降等因素，鋰離子電池具備更顯著的競爭力，在儲能領域的市場滲透率越來越高。

作為對電池進行監控和管理的電子裝置，電池管理系統是儲能系統的核心部件之一，其功能安全（functional safety）是設備安全的重要組成部分，主要是從電子電路相關的控制系統考慮，著重避免由於受控設備及其相關系統在故障或者失效的情況下導致的風險。由於它關係到整個鋰離子儲能電站的安全穩定運行，歐美儲能市場已通過相關法令或標準明確將此部分內容列為準入條款。國內電化學儲能行業在功能安全方面的重視度也日益提高。但由於鋰離子電池儲能行業為新興產業，目前尚未有針對此類產品的專門的功能安全標準，更多的是參考通用的電子設備功能安全標準IEC 61508及IEC60730-1，導致了儲能產品在實際功能安全設計和驗證的理解和操作的困難。為了正確高效地實現儲能系統的電池管理系統功能安全設計和驗證，本文基於IEC 61508 和 IEC 60730-1附錄H對鋰離子電池儲能產品的功能安全設計和驗證進行了梳理，其他類型的電化學儲能系統也可參考。

文章針對鋰電池儲能系統BMS的產品特點，從系統的危險識別和風險分析、整體安全要求確定和安全功能分配、安全完整性實現及驗證三個主要分析步驟，參照IEC 61508、IEC60730-1等相關參考標準梳理了電池儲能系統BMS功能安全的分析與設計過程。分析結果表明，選擇失效模式影響和診斷分析（FMEDA）以及風險矩陣法（RM），可靠性框圖法（RBD），適合於儲能系統電池管理系統BMS的功能安全分析和設計。依照IEC 61508、IEC60730-1等相關標準，結合儲能系統產品的特點，選擇正確的分析設計路徑，可以確保儲能系統BMS的功能安全完整性等級(SIL)有效達成，為儲能電站設計開發者提供參考。

電池管理系統（BMS）是鋰電池儲能系統的核心部件之一，其可靠性和安全性是儲能系統推廣應用過程中關鍵性技術難題。基於國內外相關技術標準梳理以及實際工程經驗，本文詳細總結了BMS功能安全分析設計的具體過程和實用方法，具體包括系統分析、危險識別和風險分析、整體安全要求確定及安全功能分配、安全完整性實現及驗證等環節。本文研究成果填補了國內關於儲能系統鋰電池BMS功能安全設計研究方面的空白，為電池系統的安全設計、安全驗證、安全評估工程師提供參考，對我國儲能電池系統的功能安全標準規範的研究和制定也有參考借鑑意義。本文所提供僅是其中一種可行方案，從業工程師需要根據儲能系統的實際應用場景和各公司的能力進行合理選擇。

引用本文

朱偉傑, 史尤傑, 雷博. 鋰離子電池儲能系統BMS的功能安全分析與設計[J]. 儲能科學與技術, 2020, 9(1): 271-278.

Weijie ZHU, Youjie SHI, Bo LEI. Functional safety analysis and design of BMS for lithium-ion battery energy storage system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(1): 271-278.

原標題:鋰離子電池儲能系統BMS的功能安全分析與設計

免責聲明：以上內容轉載自北極星電力新聞網，所發內容不代表本平臺立場。全國能源信息平臺聯繫電話：010-65367702，郵箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝陽區金臺西路2號人民日報社

相關焦點

  • 預計未來三到七年內,其他新型電池技術難以取代鋰離子電池
    預計在電極材料的選擇、電池結構和系統架構方面將有進一步的創新，而在未來幾年中，電池技術的重大創新不會出現。DNV GL公司認為鋰離子電池在儲能領域仍然保持其首選的地位。該公司表示，預計未來三到七年內，其他電池技術不會取代鋰離子電池，因為鋰離子電池將在交通運輸、消費電子和儲能應用領域的應用的規模經濟中受益。
  • 鋰離子電池及其電池充電器之設計參考
    隨著可攜式產品的迅速發展，各種電池的用量大增，並且開發出許多新型電池。除大家較熟悉的鹼性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外，還有近年來成為主流的鋰離子電池。這裡會介紹有關鋰離子電池的相關知識，包括它的特性、主要參數、應用範圍，最後並提供鋰離子電池充電線路之設計參考。
  • 高性能鉀電池採用非易燃電解質 打造下一代儲能系統
    據外媒報導，澳大利亞科學家研發一種不易燃電解液，可應用於鉀和鉀離子電池，促進鋰技術以外的下一代儲能系統發展。新型電解質基於有機磷酸鹽，使電池更加安全，而且可以在低濃度下運行，這是大規模應用的必要條件。目前，鋰離子電池技術在儲能市場佔據主導位置，但是，這種電池存在價格、環境問題和電解液易燃等固有缺點。在開發下一代電池技術時，科學家們嘗試用鉀離子等更豐富、更便宜的材料，來取代鋰離子。然而，鉀和鉀離子電池也存在安全問題，比如電解質易燃。
  • 電化學儲能技術除了鋰離子電池還有什麼可供選擇?
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星儲能網訊:當鋰離子電池在固定儲能領域佔據主導地位時，越來越多的產業企業正積極開發不同的技術以提升自身競爭力，為市場帶來更具競爭力的儲能系統。在鋰離子電池的競爭對手中，氧化還原硫電池(Redox Flow Battery, 氧化還原硫電池)是目前進入市場的主要競爭對手之一。
  • 儲能系統解決方案愈來愈多樣,太陽能與液流電池組合登場
    為了儲存再生能源多餘電力以及達到穩定電網的功用，不少電廠都會選擇與儲能系統合作，像是常見、反應速度快的鋰離子電池儲能系統，不過其實還有許多選擇，就好比與釩液流電池搭配的太陽能電廠、潮汐發電廠。
  • 電池儲能技術發展現狀
    鋰離子電池應用跨度較大，覆蓋電源側、電網側、用戶側，尤其在電源側調頻、電網側儲能等領域優勢顯著。（4）服役特性決定儲能系統安全性及其運維難易儲能技術服役安全性方面，鋰離子電池採用有機易燃燒電解液、電池單體一致性較差、熱失控引起的電站安全問題需要引起重視，運維難度相對較大。鉛炭電池、全釩液流電池屬水性電池範疇，安全性相對較好。
  • Nature 子刊:金剛石納米線束儲能密度為鋰離子電池的 3 倍,可用於...
    近日，澳大利亞昆士蘭科技大學研究團隊研發出了金剛石納米線束儲能系統，並通過建模得出該系統能量密度可達 1.76 MJ kg-1，比同質量的鋼彈簧高出 4-5 個數量級，是鋰離子電池的 3 倍。研究人員認為，由於碳納米管（CNT）的高強度、高模量，利用基於碳納米管的纖維作為機械能儲存介質和能量採集器，應當是可行的，相比電化學電池（如鋰離子電池）也可以實現快速有效、更為穩定可逆的能量充放電。長遠來看，這些特性也可能使其成為人造肌肉、軟體機器人、柔性電子設備的重要組成部分。
  • 高效進行電池管理,電池分析軟體「Twaice」獲 1100 萬歐元 A 輪融資
    「Twaice」是一家總部位於慕尼黑的初創公司，公司開發出可幫助電動汽車和其他設備進行電池管理的分析軟體。「Twaice」表示，鋰離子電池在能源市場中日益普及，增長速度不斷加快。董事總經理兼聯合創始人 Stephan Rohr 博士表示，「Twaice」的軟體能夠對儲能系統的「健康狀態」做出實時準確地預測，該軟體可用於產品的研發和應用，以及預測型維護和延長產品保修期等新領域。「Twaice」的「digital twin」包含的數據會從設備電池管理系統中不斷輸入，可根據電池的當前狀態不斷更新電池虛擬模型。
  • 希臘Sunlight將投資1.05億歐元開發低成本、環保的鋰離子電池技術
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】據外媒報導，希臘電池設計和製造商Sunlight公司日前表示，將投資1.05億歐元(1.276億美元)開發低成本、環保的鋰離子電池技術，並將獲得4,990萬歐元政府資助。
  • 前瞻動力電池產業全球周報第65期:《電動自行車用鋰離子蓄電池安全...
    《電動自行車用鋰離子蓄電池安全白皮書》發布19日，中國自行車協會發布首個《電動自行車用鋰離子蓄電池安全白皮書》。白皮書共分六大章節，分別從鋰離子蓄電池、鋰離子蓄電池充放電機理、鋰離子蓄電池熱失控機理、安全防控機制、企業規範、應用規範等方面，全面論述鋰離子蓄電池在設計、製造和使用方面需要注意的事項。
  • LG化學擬為AES儲能系統提供 1GWh電池組件
    LG 化學（韓國首爾）與AES Energy Storage（美國，維吉尼亞州，阿靈頓）籤署多年合作協議，為AES Advancion能源儲存解決方案提供1GWh的鋰離子電池，並且可根據後續項目需求繼續額外購買。
  • 「兩高」水性可充電電池問世 比鋰離子電池更安全、更便宜
    鋰離子電池以其高能量密度、高效率和低自放電率在可攜式電子產品和電動汽車中佔據主導地位，然而使用易燃的有機電解液所引起的嚴重安全問題阻礙了它的廣泛應用。水性可充電電池由於使用了不可燃且價格低廉的水溶液（即用水作溶劑的溶液）作為電解液，不僅比鋰離子電池更安全、成本更低，也更容易製備。
  • 南澳大利亞州將部署2MW/8MWh釩液流電池儲能項目
    中國儲能網訊：據外媒報導，南澳大利亞州日前宣布將投資2030萬澳元（合1536萬美元）部署一個電網規模的太陽能+釩液流電池儲能項目，以展示釩液流電池儲能系統與太陽能發電設施配套部署所提供功能。該電池儲能系統將由可再生能源、電池資產優化和貿易商Habitat Energy公司調度，這標誌著這家合資成立的公司首次進行電網規模電池儲能系統的優化和交易。
  • 新品上市|「小尺寸,大作用」的松下針形鋰離子電池
    隨著智能設備在生活中的隨處可見，安全隱患尤其重要，為了增強客戶體驗感，確保其安全性可靠性，松下推出了兩款新品針形鋰離子電池：可自由自在地實現設備設計的小型化的針形鋰離子電池——CG-420A和CG-320B。
  • 如何評價不同SOC狀態的鋰離子電池和電池系統安全?
    鋰離子電池具有高能量密度和高功率密度特性，但是同時也存在著安全風險。化學體系設計、製程方面的缺陷，可能會導致電池出現不可預期的失效。有關不同SOC對鋰離子電池的安全綜合評估很少報導。在本工作中，作者對不同形狀（圓柱和軟包電池）、正極體系（NCM，NCA，LFP）和容量的電池進行研究。考察了電池在最惡劣的非標稱條件（即加熱產生高溫和低阻抗外短路）下的安全性能。
  • 5分鐘帶你讀懂鋰電池BMS電池管理系統重要性!
    BMS電池管理系統，主要負責控制電池的充電和放電以及實現電池狀態估算等功能，實現電池狀態監測、電池狀態分析、電池安全保護、能量控制管理、電池信息管理。它可以實時採集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息，與外部設備如控制器交換信息，解決鋰電池系統中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題。
  • Form Energy公司獲7600萬美元融資 計劃建1MW/150MWh長時儲能系統
    美國水性空氣電池開發商Form Energy公司日前表示，計劃在2023年前與明尼蘇達州的公用事業公司共同部署一個1MW/150MWh長時儲能系統，在開通運營之後將成為儲能行業一個重要裡程碑。Form Energy公司日前宣布完成了C輪融資。
  • 18650鋰離子電池和26650鋰離子電池有什麼不同?
    1、額定容量不相同：26650鋰離子電池容量最高可以做到5000mAh，而18650鋰離子電池容量在1200~2800mAh，松下可以做到3600mAh，但市面上很難見到。18650鋰離子電池2、兩個電池的直徑不相同：26650鋰離子電池的直徑是26毫米，18650鋰離子電池的直徑是
  • 鋰離子和鋰聚合物電池:它們的區別及優缺點
    鋰離子（Li-ion）電池一直是智慧型手機和各種其他可攜式設備的首選動力。但是，現在大多數智慧型手機通常採用的是鋰聚合物（Li-poly）電池，它正逐漸取代鋰離子電池成為主流。然而，是什麼導致這一趨勢的出現呢？
  • 前瞻動力電池產業全球周報第63期:蔚來100kWh電池方案發布 寧德...
    ，開展正負極材料、電解液、隔膜、膜電極等關鍵核心技術研究，加強高強度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統短板技術攻關，加快固態動力電池技術研發及產業化。這個名為「維多利亞大電池」(Victorian Big Battery)的儲能系統將採用特斯拉的Megapack技術，其規模將是Neoen與特斯拉此前在南澳州霍恩斯代爾(Hornsdale)部署的電池儲能系統的三倍。