中國儲能網(wǎng)訊：10月12-13日，第五屆儲能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會在深圳順利召開，來自行業(yè)協(xié)會、科研院所、知名企業(yè)的代表共300人到場參會。會議由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會聯(lián)合主辦。中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國儲能網(wǎng)承辦。TUV南德意志集團(tuán)光伏及儲能事業(yè)部高級技術(shù)經(jīng)理張書博先生，在會上以“鋰電池儲能系統(tǒng)德國新標(biāo)準(zhǔn)VDE 2510-50”為題做了精彩演講。
演講全文如下：
各位嘉賓，女士們、先生們，大家好！我今天和大家分享的題目是“鋰電池儲能系統(tǒng)德國新標(biāo)準(zhǔn)VDE 2510-50”。
鋰電池時間不是很久，鋰電池商業(yè)化以后，關(guān)于鋰電的丑聞很多，以前大家覺得鋰電很安全，一般不會出現(xiàn)什么問題。但是大家看圖片，有些筆記本電腦用鋰電池，開會的時候就出現(xiàn)一些問題，鋰電開始使用之后不斷出現(xiàn)起火、爆炸、產(chǎn)品召回等問題。各個電池廠開始研究為什么鋰電出現(xiàn)這個問題？比如2016年筆記本電腦起火之后，廠家經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)鋰電生產(chǎn)過程中有些金屬顆?；爝M(jìn)去之后，這樣就會造成內(nèi)部短路，尤其低溫充電會出現(xiàn)吸鋰情況，這樣會產(chǎn)生內(nèi)部短路，會讓鋰電的溫度持續(xù)提高，鋰電溫度高到一定程度會出現(xiàn)熱失控。所有這些情況，包括外部短路和過充、過放、過窄都會出現(xiàn)鋰電的熱失控。鋰電的問題越來越多，大家想了各式各樣的方法，各種電器方面、機(jī)械方面、環(huán)境方面的，乃至EMC的測試，想到一些測試方案來測試電池在正常和非正常情況下，鋰電池會不會發(fā)生熱失控。鋰電池為什么發(fā)生熱失控？鋰電池正常工作的時候有一個化學(xué)窗口，正常的電壓或者溫度范圍內(nèi)，鋰電池其實是比較穩(wěn)定的，如果超出這個范圍之后，超出溫度過高或者過低，電壓過高或者電流過大或者過放電都會導(dǎo)致鋰電池?zé)崾Э亍，F(xiàn)在鋰電池標(biāo)準(zhǔn)慢慢把充電的上限電壓、上限充電電流還有最高溫度，都要求電池廠家都要列出來，包括放電，新的標(biāo)準(zhǔn)中對放電也有限制。鋰電熱失控的機(jī)理，溫度過高，鋰電有些材料在某個溫度點(diǎn)會有一個自加熱現(xiàn)象，外部不加熱，鋰電達(dá)到一定溫度，它溫度會持續(xù)上升，一直上升到熱失控點(diǎn)，所以鋰電如果在不正確的操作范圍之外使用，它危險性是非常大的。所以說“鋰電猛于虎”。
我這邊有一個圖示，是德國討論的，比如電壓高、溫度高或者低溫等各種情況下產(chǎn)生什么現(xiàn)象。鋰電猛于虎，對老虎大家覺得很可怕，比如去動物園或者野生動物世界不會怕老虎，因為有老虎籠子，人在籠子外面，你不怕老虎傷害。對鋰電來說，老虎籠子是什么呢？最簡單的，當(dāng)里面壓力高的時候有泄壓閥，溫度過高限制溫度，還有加鋼外殼限制危害發(fā)生。在內(nèi)部，對鋰電基本的結(jié)構(gòu)有隔膜，隔膜是防止短路，但是我們涂材料，當(dāng)達(dá)到一定程度孔關(guān)閉，可以限制事故的發(fā)生。目前國內(nèi)的鋰電，180有CID結(jié)構(gòu)，OSD結(jié)構(gòu)，德國方面討論的時候已經(jīng)列進(jìn)去，這種結(jié)構(gòu)是推薦的。右邊的圖示，上面有OSD結(jié)構(gòu)在過充的情況下可以實現(xiàn)保護(hù)裝置，當(dāng)你過充的時候，電池鼓脹，可以讓電池內(nèi)部短路，在2510當(dāng)中，把OSD結(jié)構(gòu)或者CID結(jié)構(gòu)作為比較關(guān)鍵的可以起到防止電池?zé)崾Э剡M(jìn)一步發(fā)生的關(guān)鍵元器件。還有PTC，你溫度過高的時候，通過它的阻抗建立高組狀態(tài)，限制電流。有些特殊的隔膜，可以在溫度達(dá)到130度以上，把隔膜的孔關(guān)閉掉，來阻斷充電電流來起到保護(hù)作用。還有比較傳統(tǒng)的熱保險絲，你溫度到一定值，可以熔斷，起到類似電流保險絲的作用的元器件。比較傳統(tǒng)的電池，我們一般手機(jī)電池都有保護(hù)板，通過這個結(jié)構(gòu)來讓你在一定電壓或者過大電流的時候?qū)崿F(xiàn)保護(hù)。
我剛才說鋰電是老虎，BMS就像老虎籠子，怎么建好這個籠子，怎么讓它可靠保護(hù)電池系統(tǒng)，這是非常關(guān)鍵的問題。我今天要介紹的VDE 2510就是針對如何建牢固的老虎籠子，讓你出現(xiàn)危害的情況下怎么不讓危害進(jìn)一步擴(kuò)散。儲能電池標(biāo)準(zhǔn)，我們是最早介入儲能產(chǎn)品測試，2013年左右就開始用最早的標(biāo)準(zhǔn)給很多企業(yè)做認(rèn)證，這是日本福島核電站事故之后，日本對家庭儲能需求進(jìn)一步增加，出臺一些政策，他們出了一個日本的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，日本在2012年，在這個基礎(chǔ)上變成日本的國標(biāo)JIS 8715-2，之后通過幾年時間，大概2012年底到2017年，標(biāo)準(zhǔn)才正式發(fā)布。歐洲很多客戶對IEC 62619還是有些懷疑，大部分都是做內(nèi)部短路，內(nèi)部短路是容易通過的，包括給400N的壓力值，也是有爭議，這個壓力值夠不夠？歐洲那邊會覺得這個產(chǎn)品對鋰電來說發(fā)生熱失控的幾率很大，熱失控之后會不會蔓延變得很關(guān)鍵。一會兒我會介紹，從我的經(jīng)驗來說，熱失控蔓延失敗比例比較大，大家都選擇內(nèi)部短路。他們今年提出IEC 62620，這是必須做的。
2510標(biāo)準(zhǔn)是從風(fēng)險分析的角度來對鋰電池安全做考核。對于風(fēng)險分析，實際上考慮兩方面的因素：1、危害發(fā)生的程度。2、危害的可能性。危害程度，你這個產(chǎn)品出現(xiàn)危害之后會不會出現(xiàn)起火、爆炸，對人可能造成很嚴(yán)重傷害的危害，或者是從危害的發(fā)生程度來說會不會容易發(fā)生，發(fā)生的比例，我們做分析，就把危害程度和危害發(fā)生的可能性，就可以看出危害的大小是多少。這個標(biāo)準(zhǔn)對功能安全提出更高要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，功能安全是廠家在做BMS開發(fā)的時候一定要做風(fēng)險分析，但是62619沒有給出來風(fēng)險分析風(fēng)險到多少是可以接受，廠家自己定，按照2510提出更高要求，比如61508或者ISO26262或者ISO13849，你至少要保證符合其中一項。
儲能電池產(chǎn)生其他的危害，對傳統(tǒng)電池來說都是低電壓，電壓比較低，像手機(jī)里面4.2V，這種電壓是安全電壓，對人沒有任何危害。但是到儲能系統(tǒng)級別，我們做過一些儲能電池接近千伏，你不超過這個范圍，總成本不會差別特別大，所以說現(xiàn)在很多客戶把電壓值做得越來越高，高電壓值意味著除了傳統(tǒng)電池的濫用，還有其他的化學(xué)危害，還會產(chǎn)生電器方面的危害，超過60V直流，就要防止直接觸電，超過一定的值是要防止間接觸電。所以說按照2510-50的標(biāo)準(zhǔn)，它參考了62477、62109或者61010三個標(biāo)準(zhǔn)，包括對防觸電、機(jī)械危害、熱危害、化學(xué)危害和其他危害的考核，你做2510，你風(fēng)險非議的時候都要考慮這些風(fēng)險才可以。你的產(chǎn)品只要能通過6219相應(yīng)的測試和相應(yīng)的評估就可以，第三方不會測絕緣電阻，但是按照VDE 2510-50里面，根據(jù)系統(tǒng)電壓要求測試絕緣電阻，測試正負(fù)級是多少。根據(jù)傳統(tǒng)電阻電器的安全要求規(guī)定，比如對儲能電池各種絕緣類型，基本絕緣、加強(qiáng)絕緣等，對不同絕緣位置的要求值，包括對測試部位都有明確的規(guī)定。
德國現(xiàn)在非常重視熱失控蔓延，電池當(dāng)中一個出現(xiàn)熱失控的時候，其他電池會不會跟著出現(xiàn)熱失控，這是很重要的測試，電池和其他電池都開始用這個方法做測試，使其中一個電芯熱失控，看其他電池會不會熱失控。測試實驗室的經(jīng)驗也很重要，國內(nèi)大部分是磷酸鐵鋰電池，相對來說安全穩(wěn)定性很好，一般都是通過針刺，很容易讓電芯發(fā)生熱失控。磷酸鐵鋰先對電池過充，然后短路或者五加熱或者針刺，這樣才能使它發(fā)生熱失控。這是根據(jù)實驗室不同的方法做的總結(jié)，給大家參考。
BMS，對于老虎通知，62629有比較放款的規(guī)定，BMS不只是在電池上，還可以在系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)可以實現(xiàn)BMS功能。對于BMS在2510里面是有詳細(xì)要求做功能安全驗證的要求，BMS保證電池的操作窗口，前面列的電壓、電流、溫度必須保證控制在這個范圍內(nèi)，不光是能夠不超過你的限制，有些電池在高溫下或者低溫下，電壓或者電流有些降低。對于降額使用同時也要做驗證。對于軟件的考核性，這可以根據(jù)軟件分析做軟件可靠性的考核。同時還有開關(guān)檢測，現(xiàn)在國內(nèi)我做過儲能電池，電子分段德國不是很接受，如果電池已經(jīng)過充，你雖然保護(hù)，通過吸電流，它還在緩慢過充。在德國一般希望產(chǎn)品里面一定有機(jī)械分段，比如繼電器，最好有兩個繼電器，兩個繼電器可靠性會提高。同時對傳感器的斷線檢測、聯(lián)鎖檢測還有降額功能測試，還有過載期間的電壓監(jiān)測，還有深度放電和過放電期間的電壓監(jiān)測等，都有要求。對于其他的測試，比如短路測試，這個有比62619更加嚴(yán)格的要求，對于2510要求小于短路電阻更小。對于模組和系統(tǒng)級別也要求短路，它的范圍是10-20。跌落測試處理，要求會更嚴(yán)格。撞擊測試、熱濫用等，因為時間關(guān)系，不詳細(xì)講，大家有興趣可以通過電話或者郵件來做分享。過充測試也有要求，還有過放電測試也有要求。
南德是接觸儲能電池最早的實驗室，我們測試電芯的耐用能力不斷提高，以前很多失敗率很高，現(xiàn)在失敗比例越來越低。盡管電芯耐用性提高，但是電芯不足以完全抵御所有濫用條件，所以BMS還是很重要，有些大客戶在研發(fā)階段和我們做交流，對一些基本結(jié)構(gòu)、機(jī)械分段、結(jié)構(gòu)方面等方面有交流，如果大家有興趣，要投入儲能電池領(lǐng)域，最好研發(fā)階段就要注意到國外的標(biāo)準(zhǔn)，尤其德國儲能電池，雖然電池產(chǎn)量不高，但是測試方法還是走在前面的。
謝謝大家！
（本文根據(jù)第五屆儲能技術(shù)高層研討會會議錄音整理，未經(jīng)本人審核，不足之處，請批評指正。）
