Page 15 - 电力与能源2021年第五期
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秦晓维, 等: 提升安全性能的储能系统设计 5 7
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提出了集装箱式储能电池成组技术, 分析了电池
模组的 3 种成组方式以及将 BMS 和磷酸铁锂电
池进行集成, 电池采用先串联后并联模式能够监
测到每一块电池, 但会增大电池管理的成本, 由于
单体电池 SOC 的限制, 导致储能系统输出容量减
小。同时设备集成考虑的并不全面, 仍需要完成
与 PCS 以及协调控制器的接线问题, 使通信电缆
的长度增加, 影响到通信的及时性, 而电缆暴露在
空气中, 也会加剧老化程度。文献[ 28-29 ] 分别研
究采用蜂窝式单独腔体结构、 放熔断器的镍带设
计等方式和在每个电池包上对应设置一个灭火冷
却机构的方式来防止电池热失控蔓延。这些文献
分别只从物理和 化学方面单独来防止热失控蔓
延, 措施比较单一, 储能安全存在较大的风险。
从储能安全方面来看, 电池 Pack 的设计过于
简单, 未能在电池 Pack 中加入消防设备抑制内部
电池的热蔓延, 其内部电池采用先串联后并联成
组方式的储能系统会受到个别单体电池 SOC 的
影响, 导致储能系统的输出容量变小。而储能系
统框架大 多 采 用 分 布 式 结 构, 只 将 电 池 和 BMS
集成 在 集 装 箱 内, 储 能 子 系 统 对 外 仍 需 要 连 接
PCS , 线阻会随接线长度的增加而增加, 而线阻会
图 2 储能子系统框架图 影响到 BMS 与 PCS 、 协调控制器之间的通信, 同
为充电桩, BMS 根据检测的电池数据, 控制 PCS 时目前的集装箱内有化学隔离和物理隔离措施来
给电芯进行充电。 阻止电池热蔓延。
BMS 作为最了解电芯的设备, 理应由其控制
2 提高安全性能的储能子系统设计建议
PCS , 但传统储能采用协调控制器控制 PCS , 往往
会因为数据时效性、 完整性以及准确性而导致电 及思路
池过充或过放而引发热失控, 同时现有的控制策 从用户角度提高安全和可靠性能, 主要思路:
略没有考虑到让输出功率随着电芯 SOC 值的变 一是通过有效的监测和评估手段, 掌握电池目前
化而变化, 总以恒定功率输出, 加速了对电池的过 的性能状态, 以及在当前环境下电池可容许的运
度使用, 因此这种协调控制框架不利于维护储能 行性能要求, 或者希望改善运行环境的程度, 即尽
系统的安全。 可能全面获取电池的状态和可允许的运行指标要
1.5 电池 Pack及箱体安全的研究现状 求, 即监测信息方面; 二是通过有效控制使电池运
在电池发生热失控之后, 如何抑制电池的热 行在较好的性能状态, 不超出允许的运行指标限
蔓延, 电池 Pack 及箱体的安全在储能系统中就显 值, 即控制协调方面。一个高效和安全的系统设
得至关重要。而电池 Pack 的 结 构 和 材 料、 电 池 计更接近这样的目标。
Pack 的充放电控制以及集装箱内设备的集成也 为此, 储能子系统的主控制单元尽应可能掌
成为储能安全的重中之重。文献[ 26 ] 针对电池包 握该系统的全面数据, 能评估或计算更深一步的
箱体的结构和材料进行优化设计, 电池包内仅有 信息, 并且对系统有全面的控制能力, 不能有另外
冷却水管给电池进行降温, 存在较大的安全隐患, 不受控制的控制指令产生。
并没有其他消防安全设备和探测装置对可能发生 储能子系统在中大容量静止储能应用场景,
事故的电池包进行有效的检测与防护。文献[ 27 ] 会以一个机柜、 一个或多个集装箱形式存在。由
