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一、干货|一文看懂电化学储能系统工作原理
电化学储能系统是一个由电池组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及其他电气设备构成的综合系统。其中,电池组是系统的核心,负责储存和释放电能;BMS主要对电池状态进行实时监控和管理,确保电池安全、高效工作;PCS则负责控制电池组的充放电过程,实现交直流转换;而EMS作为整个系统的中枢,通过与PCS和BMS的通信,收集并分析系统状态,实现数据采集、网络监控和能量调度。
在紧急情况下,系统配置了急停按钮,直接与PCS、BMS、EMS连接,确保在关键时刻系统能够迅速停机,保障设备安全。此外,消防、柜门行程开关等外部信号也被接入EMS,增加设备的安全防护措施。
在每个电池包内部,从控模块(BMU)接收电池管理系统(BMS)的反馈,如电芯温度、电压等信息,对电池状态进行分析,提供电芯保护,提高电池包间的一致性,从而提升储能系统的安全性。
液冷机组通过与EMS的通信,实时监控电芯温度,动态启停,节省能量消耗的同时保证电芯温度,延长电芯寿命。
能量型电池与功率型电池在功能上存在差异,前者如马拉松运动员,能量密度高,一次充电可提供更长的使用时间;后者如短跑运动员,爆发力强,短时间内可释放大功率。
热管理对于电池系统至关重要,相当于为电池系统提供“舒适度”,确保电池在23~25℃的温度环境下运行,避免温度过高或过低对电池寿命和安全性的影响。热管理系统根据周围环境温度调整电池环境,延长系统寿命。
电池管理系统(BMS)作为电池系统的“司令官”,通过分析电压、电流和温度等数据,实现对电池状态的实时监控,包括SOC推测、热管理系统启停、系统绝缘检测和电池均衡,以提高电池的利用率和安全性。
双向储能变流器(PCS)类似于超级充电器,具备双向转换功能,将电网端的交流电转化为直流电为电池堆充电,同时将电池堆的直流电转换为交流电回馈给电网。
能源管理系统(EMS)作为系统的大脑,汇总并掌控整个储能系统的信息,作出决策,确保系统安全稳固运行。EMS与云端相连,为运营商提供运营工具,并与用户进行交互,实时监控储能系统的运行情况。
二、储能集装箱为什么会存在消防安全隐患?
答:储能非常容易发生火灾,储能电站存在批量的储能电池,目前储能电池多用锂离子电池,其性价比和能量密度相比其他电池更占优势。但锂离子电池很容易发生电池内部短路从而导致自燃。一节电池是由正极和负极组成,电池内部通过隔膜做到正负极之间的绝缘,电解质起到锂离子的传导作用。
如果隔膜损坏就会正负极短路,会持续放热,热量积聚会加剧分解电池内部的所有结构,放出更多的热,最后导致自燃,一节电池自燃又会热扩散给周边电池,一传十,十传百。而电解液本身是易燃溶剂,极易燃烧,这就是锂电池起火后会迅猛发展的原因,同时电池分解产生可燃气体和氧气,也会加剧燃烧。
徐州联安消防科技工程有限公司专注于消防领域的研究及应用,通过大量实验研究和终端客户沟通,我司以“早发现、早处置”为原则,提倡对储能舱内锂电池热失控初级阶段及时预警和准确抑制处理,在抑制火灾的情况下,将电化学储能舱火灾造成的损失尽可能减小。灭火方面,电化学储能舱灭火系统采用锂离子电池储能系统自动灭火装置,装置采用全氟己酮为灭火介质,能够有效灭火、降温及长达24小时的复燃抑制。
三、储能系统UL 9540A 常见问题解析
储能系统UL 9540A标准由UL公司发布,专门用于评估电池储能系统在大规模热失控火蔓延情况的测试方法,得到了相关部门的广泛认可。此标准在《美国电工法》、《美国住宅规范》、《美国国际防火规范》和美国国家消防局的NFPA855标准等美国权威行业规范中都有提及,要求储能系统需通过UL 9540A列名。UL 9540A标准在2017年11月首次发布,随后在2018年发布第二版和第三版,2019年发布第四版,是UL公司根据世界行业团体意见确定的测试方法标准,得到了重视安全性的美国大都市圈建筑业主和自治团体的高度评价。
美国纽约市的消防当局要求,在安装蓄电系统时,必须实施UL 9540A规定的热失控火焰蔓延试验,并提交报告。标准编号为 ANSI/CAN/UL 9540A: 2019Standard for Test Method for Evaluating Thermal Runaway Fire Propagation in Battery Energy Storage Systems。
在实际应用中,并非所有储能系统都需执行UL 9540A试验。根据UL 9540标准的第23.2章节,只有满足特定条件的系统才需要执行试验,包括:系统能量超过规范要求、与相邻单元、门窗、可燃物、非可燃物或有限可燃物的间隔距离减小的室内系统、与相邻单元和暴露装置间隔距离减小的室外系统、室外墙装系统、安装在居民住宅内的系统,以及需要进行爆炸分析以确认安装地点安全的情况。
对于居住单元的电化学储能系统,必须满足UL 9540A中的性能-电芯层级试验要求。
UL 9540A试验针对四个层级:电芯层级、模组层级、单元层级及安装层级,而试验顺序并无特别要求,电芯、模组、单元和安装层级的测试可按实际需要进行。
电芯的测试过程主要包括触发热失控,监测热失控触发过程的各项数据,分析电芯泄压气体成分,并形成报告。电芯UL 9540A报告应包含以下内容:电芯制造商名称和型号、化学体系、物理封装形状、容量、标称电压、尺寸和质量、储能技术、额定能量、电芯的相关电压电流参数、电芯测试的初始开路电压、尝试或已使用的触发热失控的方法、气体首次排气孔的表面温度和测试样品(不包括气体收集样品)的平均温度、热失控前的表面温度和最高温度的位置、测试样品(不包括气体收集样品)的平均温度、可燃气体产生和成分测量、电芯泄气气体的可燃性下限、电芯泄气气体的燃烧速度,以及电芯泄气气体的Pmax。
以上是对储能系统UL 9540A认证的简要介绍,仅供参考。关于该内容的引用,请确保其合法性和准确性。
四、干货|一文看懂电化学储能系统工作原理
深入了解电化学储能系统:运行机制与关键组件
电化学储能系统是由一系列关键组件构成的高效能量存储系统,包括:电池组——储能的核心载体,储能变流器(PCS)——能量转换的桥梁,电池管理系统(BMS)——电池的智能守护者,以及能量管理系统(EMS)——整体运作的指挥中心。
电池组如同储能系统的基石,BMS则扮演着精密的监控者,它通过监测电池的电压、温度等数据,进行实时分析和保护,确保电池一致性,提升系统效率并确保安全。EMS通过与PCS和BMS的紧密通信,收集实时状态信息,并根据预设逻辑进行充放电操作,实现精准的能量调度。
急停按钮和消防、柜门行程开关等外部信号与EMS相连,提供了额外的安全保障,能够在紧急情况下快速响应,确保设备安全。而每个电池包内的BMU(从控模块)就像电池的“健康顾问”,实时反馈电池状态,帮助BMS进行高效管理。
液冷机组通过EMS监控电池温度,动态调整,既节能又延长电池寿命。电池类型上,能量型电池与功率型电池各有优势,比喻为马拉松运动员和短跑运动员,前者持久稳固,后者爆发力强。
热管理系统如同储能系统的“体温调节器”,确保电池在适宜的工作温度范围(23~25℃)内,避免过高或过低温度对电池性能和寿命的影响,维护系统的稳固运行。
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