華為：2023工商業儲能安全白皮書（18頁）.pdf

《華為：2023工商業儲能安全白皮書（18頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《華為：2023工商業儲能安全白皮書（18頁）.pdf（18頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、工商業儲能安全白皮書隨著新能源技術的發展和應用的擴大，電池儲能技術被廣泛應用于電力系統、交通、農業等領域，成為清潔能源的重要組成部分。尤其在工商業場景下，儲能系統的應用已經成為提高能源自給率、減少企業電費支出、保障電力供應穩定性等方面的重要手段。然而，電池儲能技術的發展和應用，也面臨著安全問題的挑戰。儲能系統一旦發生安全事故，會對周邊環境和人身造成嚴重威脅。工商業儲能直面工廠、醫院、商場、園區等應用場景，較傳統電站儲能而言，場景更復雜、消防難度更大、人員資產更密集，其對于安全的需求尤為凸顯。針對安全問題，目前業界的工商業儲能安全方案正在逐步強化，但仍然難以在事故前期準確識別風險、保護設備運行，

2、也欠缺在極端情況下對周圍人身及資產安全的兜底保護能力，不能完全保障工商業場景下的設備、資產和人身安全，存在缺陷和局限性。為了讓業界可以更全面地了解工商業儲能系統中的安全設計，華為和 TV 萊茵聯合發布“工商業儲能安全白皮書”。本白皮書旨在探討工商業儲能安全，從設備、資產和人身三個維度出發，介紹儲能在工商業場景下的安全挑戰和發展現狀，以及面向未來的創新技術理念和方向，供行業參考。引言目錄1.11.21.33.13.23.33.42.12.22.32.42.5人員資產密集，事故損失大場景復雜、選址不規范，消防實施難度高業主安全擔憂高，影響部署積極性工商業儲能安全設計理念：設備、資產、人身，主動安全

3、設備安全設計，守護系統運行資產安全設計，減少故障損失人身安全設計，保護人員安全確保電池本質安全構建監控預警一體的早期安全管理具備全面的風險源預防手段快速隔離內部熱失控擴散提升極端情況人身安全兜底能力01030204工商業儲能安全設計必要性華為工商業儲能安全方案工商業儲能安全設計挑戰總結和展望2工商業儲能安全白皮書圖1.儲能事故會造成重大人員傷亡和財產損失011.1人員資產密集，事故損失大工商業儲能直面工廠、醫院、商場、園區等場景，一般被部署在人員和資產集中區，一旦發生事故，造成的經濟損失和人員傷亡非常嚴重。根據北京市應急管理局的調查報告，某起用戶側儲能起火爆炸事件曾導致一名值班電工遇難、兩名消

4、防員犧牲、一名消防員受傷，并造成直接財產損失 1660.81 萬人民幣。儲能技術的應用通?？煞譃榘l電側、用戶側以及電網側，其在用戶側主要用于配合光伏等新能源系統實現自發自用、峰谷價差套利、容需量電費管理和提升供電可靠性等。工商業場景作為用戶側儲能的重要使用場景，相比于傳統儲能電站，對設備的安全性能提出了更高的要求。對于加強工商業儲能本質安全設計的必要性主要來自于以下三個方面：工商業儲能安全設計必要性31.3業主安全擔憂高，影響部署積極性1.2場景復雜、選址不規范，消防實施難度高工商業場景包括商超、工廠、園區等，場景地形復雜。雖然消防人員到達事故地點的時間通常較快，但受場景和地形所限，存在消防員

5、難以接近起火設備，導致無法進行有效滅火的難題。并且，工商業儲能作為一個較新的領域，有別于傳統儲能電站，其相關設計規范和標準仍處于早期階段。這導致其安裝場景的規劃設計很難被約束，進一步加劇了前述消防實施的難度。例如在我國，工商業儲能的部署并未強制要求引入設計院，業主由于欠缺引導，在選址時往往更注重空余土地利用和經濟性，而欠缺對后期事故的考慮和設計。因此，儲能系統本身的安全能力變得尤為重要。工商業業主對于儲能安全的顧慮和擔憂正成為儲能在該場景下持續增長的掣肘。根據 TV 萊茵的一項調查，當討論到企業對儲能系統最關注的指標時，“安全”是大多數業主的答案。圖3.業主最關注的儲能系統關鍵指標，來源：TV

6、萊茵圖2.工商業儲能常見部署場景，地形復雜安全質量價格壽命性能其他0.30%36.80%24.10%20.80%9.30%8.70%商超物流工廠工商業儲能安全設計必要性4工商業儲能安全白皮書2.1確保電池本質安全儲能系統的原始安全性與其電芯性能直接相關，電池本體因素仍然是儲能系統安全的核心。鋰電池在正常的充放電反應中，存在著很多潛在的放熱副反應，具有不穩定性。儲能系統集成商需要進一步提升電池材料、電池選型和生產工藝等方面的要求，從源頭加強儲能安全。U圖4.儲能系統的失效鏈路02工商業儲能系統的失效路徑包括風險源引入、熱失控發生、熱失控蔓延和極端情況儲能起火燃爆，每個環節對應著不同的安全技術挑戰

7、。如何實現下述的安全技術挑戰，滿足對失效過程全鏈路的保護，將成為守衛工商業儲能系統設備安全、資產安全和人身安全的關鍵。工商業儲能安全設計挑戰風險源引入大面積內短路急劇升溫/開閥熱失控熱失控擴散劇烈爆炸52.2構建監控預警一體的早期安全管理2.3具備全面的風險源預防手段針對儲能系統的失效鏈路，其安全管理可以大致分為早期預警和故障及熱失控告警兩個層次。當失效鏈路進行至故障及熱失控告警環節時，儲能內部的反應已然形成，電芯或模組的熱失控已不可逆。而在早期預警階段，可以通過結合電芯數據的實時監控、電芯風險的智能預測和故障的分級預警等技術提前預警熱失控，給運維挽救措施的介入爭取時間，做到從根本上阻斷熱失控

8、風險。電池熱失控的誘發因素多而復雜，包含非電池熱風險、外部和環境風險、電氣風險、內部缺陷故障和控制失效風險等多種風險源。它們在儲能設備運行時會導致過熱、短路等問題的發生，從而引發熱失控和火災。不同的風險源對應的成因不同，對應的設備預防手段也不同，如電氣類風險需要通過多級的電氣隔離和系統關斷來進行預防，而控制失效類風險則需要通過采樣異常檢測算法等來進行防范。因此，需要對儲能系統進行全面的多級安全設計，以覆蓋不同的風險源，精確識別儲能系統風險因素。儲能電池熱失控風險源非電池熱風險外部和環境風險電氣風險內部缺陷故障控制失效風險DC/DC短路起火連接點發熱/拉弧外部高溫/明火運輸振動/沖擊/跌落浸水/

9、凝露/腐蝕/粉塵 人誤操作主回路短路/負載短路模組端子絕緣失效過壓/過流制造毛刺極柱與殼體搭接析鋰內短采樣故障/通信故障BMS軟/硬件故障圖5.儲能電池風險復雜工商業儲能安全設計挑戰6工商業儲能安全白皮書2.4快速隔離內部熱失控擴散2.5提升極端情況人身安全兜底能力儲能系統中熱失控的擴散首先在某個單體電芯中發生，繼而蔓延至整個模組；該模組發生熱失控后，再擴散到相鄰的電池模組。熱失控一旦開始就很難停止，其造成的損失雖然難以挽回，但可以通過快速隔離其擴散做到減少故障損失。因此，需要在儲能系統中增加多級的隔離設計，當某些部件的電流、電壓、溫度等參數出現異常時，可快速的關斷或隔離故障部件。人身安全至關

10、重要。在儲能燃爆的極端情況下，即使儲能場地得到安全保障，員工在維護和例行系統檢查時也會因為在附近工作而受到傷害。儲能燃爆會造成儲能門板飛出、儲能殼體解體、頂置空調飛出等事故，直接對系統周圍運維和消防人員產生安全威脅；燃爆導致的沖擊波則會引發周圍設施窗戶震碎等次生危害，進一步給周邊設施內的人員帶來人身安全風險。通過對行業公開信息進行搜集整理，匯總了過去2018-2023 年間，全球儲能項目主要火災或爆炸事故。過去五年共發生了 55 起儲能安全事故，其中 6起事故發生爆炸，北京豐臺和美國亞利桑那州的 2起爆炸事故有人員傷亡。圖6.燃爆導致殼體解體、門板飛出等威脅圖7.55起事故中有6總發生爆炸，造

11、成嚴重后果，來源：中國電氣工業協會序號時間國家地點故障程度12019.04美國亞利桑納州爆炸 8人受傷22020.09英國利物浦爆炸32021.04韓國忠南爆炸42021.04中國北京市爆炸、3人死亡52022.03德國爆炸、掀翻屋頂62022.05德國爆炸、門窗損毀703華為工商業儲能安全方案3.1工商業儲能安全設計理念：設備、資產、人身，主動安全華為基于對儲能安全的深刻理解，提出設備、資產、人身三維度的工商業儲能主動安全方案，覆蓋儲能失效的全鏈路。設備安全設計包括電芯安全、電芯級參數實時監控、云BMS熱失控預警、功率端子溫度檢測、多級聯動的隔離關斷等技術，從電芯源頭、狀態監測、事故預警和故

12、障隔離四個環節保證儲能設備穩定運行；資產安全設計的概念包含了光儲系統自身的資產安全和周圍建筑、物資的安全，華為工商業儲能通過多重聯動的主動消防抑制系統，降低熱失控蔓延和火災風險，減輕事故下的資產損失；人身安全設計是工商業場景下的安全紅線，華為工商業儲能通過頂置泄爆和聲光告警等措施，在極端情況下保護儲能系統周圍人員尤其是運維人員的人身安全。設備安全資產安全人身安全華為工商業儲能安全方案8工商業儲能安全白皮書3.2設備安全設計，守護系統運行3.2.1|電芯安全，嚴苛引入&量產標準儲能系統的原始安全性與儲能系統的電芯直接相關，電池本體因素仍然是儲能系統安全的核心。質量低下的電芯易產生內部缺陷故障，如

13、碎屑和毛刺超標以及極柱與殼體搭接等問題。一款電芯的選擇主要包括電芯引入和電芯量產兩個階段。華為通過嚴苛的電芯引入測試和量產管理標準，從源頭管控儲能安全。在電芯引入環節，華為通過對候選電芯進行超過 100 項的測試，實現全球認證標準全覆蓋。其中，電芯循環測試時間超 10個月，對電芯性能進行充分評估；并通過擠壓測試和針刺測試等，來測試電芯在惡劣工況和突發故障情況下的安全能力。在量產管理階段，華為為供應商制定現場管控標準 CTQ*或 CTS*共超過 200 條，保證電芯制程安全。電芯選擇流程華為傳統電芯引入測試電芯量產管理24項安規測試，20項長期電性能測試，25項短期電性能測試，37項白盒測試，實

14、現全球認證標準全覆蓋電芯循環測試超10個月，性能充分評估制定現場管控標準CTQ/CTS200+條，持續提升生產質量關鍵制程數據回傳，關鍵制程CPK要求1.33以上，優率90%以上基本不測試，依靠電芯廠規格書和質保引入電芯規格寬松，以交付為主生產質量不管控圖8.華為嚴控電芯安全，在引入和量產階段的要求都領先行業圖9.多種電芯引入測試針刺測試識別電芯內短路擠壓測試識別運輸、安裝、地勢下沉、地震等振動*Critical to quality（品質關鍵點），指對性能、技能、安全等重要品質有致命影響的部品的核心特性值。*Critical to safety93.2.2|電芯級參數實時監測電芯狀態監測是電

15、池管理的核心，當前國內外多個標準都對此能力提出了訴求，其需要儲能系統有能力實時獲取每個電芯的電壓、電流、溫度等關鍵參數，并通過監測裝置實時傳輸數據至管理系統，進行分析和處理。通過在電池模組內布局多類傳感器，華為工商業儲能能夠實時監測包括電芯電壓、電流、溫度等關鍵參數，并基于上述數據提供精確的電芯 SOC&SOH估計，持續監控儲能安全狀態，避免潛在風險。結合管理平臺，華為將這些關鍵數據從黑盒中取出并轉變為可視化狀態，有效提升用戶對儲能系統運行狀態和安全狀態的感知能力。圖10.電池模組的實時運行數據圖11.上圖電池模組中單一電芯的實時運行數據華為工商業儲能安全方案10工商業儲能安全白皮書否3.2.

16、4|多級功率端子溫度檢測儲能系統設備復雜。當其運行時，電能通過電纜、接線盒等分配器件流向其他器件，電纜與各零部件的連接點是整個流程中最薄弱的環節。儲能系統內功率端子多采用銅端子加螺栓緊固方式連接，這種連接方式對裝配精度要求較高，一旦出現不可靠連接，將導致線束局部發熱，嚴重過熱則會有起火的危險。因此，華為在電池模組、簇控制器和 PCS 的各級功率端子上增加溫度檢測電路，實現實時檢測端子過溫狀態。通過 NTC 溫度檢測電路，端子的溫度可以被轉化為電信號，溫度變化的數據傳遞至信號處理器，設備各級設備即可根據電信號的變化對端子的過溫情況進行判斷，并及為用戶及時告警功率連接螺栓松接等電氣風險，避免熱濫用

17、的發生。NTC 溫度采樣轉化為電信號判斷是否超過閾值保護、告警3.2.3|云BMS安全預警*云 BMS 安全預警主要用于識別漸變型電池故障。在整個失效鏈路中，云 BMS 主要用于對儲能設備整個生命周期的看護，排查系統中如電芯一致性劣化等隱性故障，從而使儲能系統能夠在電芯大面積內短路出現前就及時將風險切斷。華為云 BMS 根據儲能設備上報的 10S 實時數據，結合機理條件模型和大量現網電池模組數據，能夠及時檢測并判斷電芯異物、外部搭接等引起的系統內外短路故障和螺栓松動導致的電池阻抗不一致，提前 24 小時預警熱失控故障，保障儲能系統安全；并能夠通過采樣異常檢測算法排除 BMS 單板、NTC 傳感

18、器、通信鏈路失效引起的電壓和溫度采樣異常，保證安全預警的準確性，減少誤報帶來的運維損失。智能光伏云儲能設備監控系統安全預警推理下發告警信息，專業運維人員處理風險源10S數據采集實時數據傳輸算法預處理解析10S數據并推送圖12.云BMS安全預警實現流程圖13.功率端子溫度檢測實現流程*預計2023年H2上線是113.2.5|多級過流保護，主動關斷、快速隔離從系統層面防控熱失控蔓延的重要方式之一是設立多重的隔離和關斷機制，當部分回路電流、電壓、溫度等出現異常時，可以快速、準確的切斷回路電流。傳統方案通常使用熔絲進行保護，隨著運行年限增加，失效率增大，可靠性較差，并且閾值較高，無法檢測并關斷微小的過

19、流。華為在電池模組、電池簇和系統三個層面，一共設立四級主動關斷和兩級被動隔離，用以切斷電池系統內部的電路，避免過熱量蔓延。下圖演示了華為工商業儲能多級主動隔離、關斷的邏輯圖。在電池模組層面，華為通過板端 BMS 和能量優化器實現電池模組的軟硬件隔離；在電池簇層面，通過 BCU 和簇控制器電子開關實現簇級主動關斷隔離；在系統層面，通過斷路器和熔絲實現被動隔離的兜底保護。實現對不同層級過流故障的分級保護，做到快速響應，避免故障擴散。3.3資產安全設計，減少故障損失3.3.1|主動消防抑制系統，多重聯動提前介入險情有別于傳統起明火后的被動消防，儲能消防系統應在電芯開閥或熱失控時就主動介入，以降低系統

20、損失。華為工商業儲能通過多重傳感+及時排氣+提前消防的三維主動消防抑制系統，在事故早期介入，減少故障損失。BMUBCU電池模組優化器DC/DC電子開關熔斷器&直流開關一級過流保護電池模組軟件層面二級過流保護電池簇軟件層面三級過流保護優化器主動關斷短路保護DC/DC防反電路兩級被動隔離圖14.多級主動隔離、關斷工作邏輯華為工商業儲能安全方案12工商業儲能安全白皮書多重傳感儲能柜內配有煙感、溫濕感、CO探測器等多重傳感器，可以精準檢測柜內溫度和可燃氣體濃度，實時感知系統環境狀態。主動消防模塊主動消防抑制模塊在檢測到柜內環境異常時提前啟動，通過滿足惰性濃度和氣體降溫抑制熱失控；并在檢測到明火時及時啟

21、動，熄滅電氣火災明火。排氣系統機柜排氣系統基于可燃氣體檢測系統，當檢測到電池開閥釋放可燃氣體時，排氣模塊運行以降低電池倉內可燃氣體濃度。在排氣過程中，電池模組上的散熱風扇成為輔助動力源，可以把電池模組后部的可燃氣體也全部排出柜內，做到無死角排氣。通過配備多重動力源設計的排氣系統，可以有效避免傳統方案中進風和排風之間風道不通暢、排風阻力大、排氣死角多等問題。132圖15.由多重傳感+排氣系統+消防模塊構成的主動消防抑制系統 感煙探測器 CO傳感器 CO傳感器 溫濕度傳感器 消防模塊 排氣模塊 智能控制器133.4人身安全設計，保護人員安全3.4.1|頂部泄爆傳統工商業儲能柜通常不配備泄壓或泄爆裝

22、置，欠缺對周圍人員人身安全的考慮和設計，極端情況下燃爆導致的沖擊會對運維人員和消防人員的人身安全構成重大威脅。華為工商業儲能在柜體頂部配備了滿足 NFPA 68 安全設計理念的泄爆面板，并在機柜正門使用了5 點式門鎖和創新掛鉤設計。在系統發生不受控制的火災蔓延，導致電池釋放巨量可燃氣體的情況下，儲能系統的泄爆系統可以將柜內的壓力向上引導并遠離周圍人員，避免儲能機柜本體解體、泄爆沖擊波和熱輻射導致的人身傷害，將火災爆炸的影響限制在柜體周圍較小范圍內。人身安全是工商業場景的紅線。為準確評估華為頂置泄爆的性能水平，華為委托 TUV 萊茵成立驗證小組，于 2023 年 4 月進行了測試，對頂置泄爆相關

23、性能開展了全面驗證評估。2023 年 4 月 16 日,華為委托 TUV 萊茵在河南國家危險化學品應急救援實訓演練濮陽基地測試工商業儲能頂部泄爆功能，驗證頂部泄爆系統的安全兜底能力?；厩闆r采用單個電池模組過充觸發熱失控，當電芯達到熱失控后一定時間點火引爆。在試驗柜邊按儲能布局要求放置參照柜，通過試驗柜體內部攝像、外部槍機攝像頭、高速攝影、無人機和紅外熱成像等多種觀測手段，綜合考察頂置泄爆是否能保護周邊設施和人員。測試方法 泄爆面板 泄爆面板 創新掛鉤設計 5點式門鎖圖16.頂部泄爆系統示意華為工商業儲能安全方案14工商業儲能安全白皮書基于 TV 萊茵的技術評估和實證測試結果，華為頂置泄爆技術

24、先進，在實際測試中表現可靠穩定，能在極端情況下保障相關人員安全，針對運營維護人員人身安全具有指導意義。圖18.試驗結果良好，對周圍能夠做出有效保護 左：無人機視角；右：高速攝像機視角圖17.通過多種觀測設備，對試驗結果精準捕捉 左：測試場地布局；右：測試柜內布局試驗達到預期，試驗柜頂部泄爆窗完全打開，可以直接從頂部灌水消防，有效避免悶燒。參照柜未被燃爆影響涉及，無火焰，所處位置安全。測試結果頂部泄爆板順利打開可以直接從頂部消防參照柜未受影響1504總結和展望工商業儲能的持續部署是實現能源綠色低碳化轉型的重要手段。在這過程中，安全性無疑是重要前提和基本條件。當下，工商業儲能正處于高度發展的階段，

25、相關的安全設計也需要同步得到完善和提高。在當下和未來的探索中，華為致力于從設備、資產和人身三個維度對工商業儲能進行系統化的安全設計。通過行業領先的安全防護技術，應對場景下復雜的儲能安全挑戰，為業主提供更可靠的解決方案。在工商業儲能安全設計的道路上，行業的持續探索必不可少。在上下求索之途中，華為將與行業共同進步，為打造更安全可靠的儲能產品而努力，讓綠色電力惠及千行百業。參考文獻1 陳璨,鄧鶴鳴,曹陽,孫巍,黃榮.用戶側儲能安全標準現狀分析J.供用電,2021,38(08):12-18.2 唐亮,尹小波,吳候福,劉鵬杰,王青松.電化學儲能產業發展對安全標準的需求J.儲能科學與技術,2022,11(

26、08):2645-2652.3 曹文炅,雷博,史尤杰,董緹,彭鵬,鄭耀東,蔣方明.韓國鋰離子電池儲能電站安全事故的分析及思考J.儲能科學與技術,2020,9(05):1539-1547.4 霍麗萍,欒偉玲,莊子賢.鋰離子電池儲能安全技術的發展態勢從全球專利數據分析我國的發展現狀J.儲能科學與技術,2022,11(08):2671-2680.5 陳璨,鄧鶴鳴,曹陽,孫巍,黃榮.用戶側儲能安全標準現狀分析J.供用電,2021,38(08):12-18.6 蔡偉,張鑫,張科杰,彭旭東,張愛芳,陳朝陽,李妍.用戶側儲能安全技術分析J.供用電,2021,38(08):3-11+31.總結和展望華為技術有

27、限公司深圳龍崗區坂田華為基地電話：+86 755 28780808郵編：商標聲明 ，是華為技術有限公司商標或者注冊商標，在本手冊中以及本手冊描述的產品中，出現的其它商標，產品名稱，服務名稱以及公司名稱，由其各自的所有人擁有。免責聲明本文檔可能含有預測信息，包括但不限于有關未來的財務、運營、產品系列、新技術等信息。由于實踐中存在很多不確定因素，可能導致實際結果與預測信息有很大的差別。因此，本文檔信息僅供參考，不構成任何要約或承諾，華為不對您在本文檔基礎上做出的任何行為承擔責任。華為可能不經通知修改上述信息，恕不另行通知。版權所有 華為技術有限公司 2023。保留一切權利。非經華為技術有限公司書面同意，任何單位和個人不得擅自摘抄、復制本手冊內容的部分或全部，并不得以任何形式傳播。