鋰離子電池儲能系統BMS的功能安全分析與設計

2020-12-06 全國能源信息平臺

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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

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