工商业储能安全白皮书（2023）.docx

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1、工商业储能安全白皮书/弓ITUVRhAinIandHUAWEIIPrpriM1yRjqht引言02/04/总结和展望工商业储能安全设计挑战2确保电池本质安全2.2 构建监控预警一体的早期安全管理2.3 具备全面的风险源预防手段2.4 快速隔离内部热失控扩散2.5 提升极端情况人身安全兜底能力01工商业储能安全设计必要性储能技术的应用通常可分为发电侧、用户侧以及电网侧，其在用户侧主要用于配合光伏等新能源系统实现自发自用、峰谷价差套利、容需量电费管理和提升供电可靠性等。工商业场景作为用户侧储能的重要使用场景，相比于传统储能电站，对设备的安全性能提出了更高的要求。对于加强工商业储能本质安全设计的必要

2、性主要来自于以下三个方面：图1储能事故会造成重大人员伤亡和财产损失1. 1员资产密集，事故损失大工商业储能直面工厂、医院、商场、园区等场景，一般被部署在人员和资产集中区，一旦发生事故，造成的经济损失和人员伤亡非常严重。根据北京市应急管理局的调查报告，某起用户侧储能起火爆炸事件曾导致一名值班电工遇难、两名消防员牺牲、一名消防员受伤，并造成直接财产损失1660.81万人民币。I1. 2场景复杂、选址不规范，消防实施难度高工厂商超物流图2.工商业储能常见部署场景，地形复杂工商业业主对于储能安全的顾虑和担忧正成为储能在该场景下持续增长的掣肘。根据TUV莱茵的一项调查，当讨论到企业对储能系统最关注的指标

3、时，安全是大多数业主的答案。I安全价格性能质量寿命其他图3.业主最关注的储能系统关键指标，来源：TijV莱工商业储能安全设计挑战风险源引入大面积内短路图4.储能系统的失效链路2. 1确保电池本质安全储能系统的原始安全性与其电芯性能直接相关，电池本体因素仍然是储能系统安全的核心。锂电池在正常的充放电反应中，存在着很多潜在的放热副反应，具有不稳定性。储能系统集成商需要进一步提升电池材料、电池选型和生产工艺等方面的要求，从源头加强储能安全。2. 2构建监控预警一体的早期安全管理针对储能系统的失效链路，其安全管理可以大致分为早期预警和故障及热失控告警两个层次。当失效链路进行至故障及热失控告警环节时，储

4、能内部的反应已然形成，电芯或模组的热失控已不可逆。而在早期预警阶段，可以通过结合电芯数据的实时监控、电芯风险的智能预测和故障的分级预警等技术提前预警热失控，给运维挽救措施的介入争取时间，做到从根本上阻断热失控风险。2. 3具备全面的风险源预防手段电池热失控的诱发因素多而复杂，包含非电池热风险、外部和环境风险、电气风险、内部缺陷故障和控制失效风险等多种风险源。它们在储能设备运行时会导致过热、短路等问题的发生，从而引发热失控和火灾。不同的风险源对应的成因不同，对应的设备预防手段也不同，如电气类风险需要通过多级的电气隔离和系统关断来进行预防，而控制失效类风险则需要通过采样异常检测算法等来进行防范。因

5、此，需要对储能系统进行全面的多级安全设计，以覆盖不同的风险源，精确识别储能系统风险因素。储能电池热失控风险源外部和环境风险非电池热风险 DC/DC短路起火 连接点发热/拉弧 外部高温/明火 运输振动/冲击/跌落 浸水/凝露/腐蚀/粉尘 人i8桑作电气风险 主回路短路/负载短路模组端子绝缘失效过压/过流内部缺陷故障制造毛刺板柱与壳体搭接析锂内短控制失效风险采样故障/通信故障BMS软/硬件故障图5.储能电池风险复杂2. 4快速隔离内部热失控扩散储能系统中热失控的扩散首先在某个单体电芯中发生，继而蔓延至整个模组；该模组发生热失控后，再扩散到相邻的电池模组。热失控一旦开始就很难停止，其造成的损失虽然难

6、以挽回，但可以通过快速隔离其扩散做到减少故障损失。因此，需要在储能系统中增加多级的隔离设计，当某些部件的电流、电压、温度等参数出现异常时，可快速的关断或隔离故障部件。I2. 5提升极端情况身安全兜底能力人身安全至关重要。在储能燃爆的极端情况下，即使储能场地得到安全保障，员工在维护和例行系统检查时也会因为在附近工作而受到伤害。储能燃爆会造成储能门板飞出、储能壳体解体、顶置空调飞出等事故，直接对系统周围运维和消防人员产生安全威胁；燃爆导致的冲击波则会引发周围设施窗户震碎等次生危害，进一步给周边设施内的人员带来人身安全风险。通过对行业公开信息进行搜集整理，汇总了过去2018-2023年间，全球储能项

7、目主要火灾或爆炸事故。过去五年共发生了55起储能安全事故，其中6起事故发生爆炸，北京丰台和美国亚利桑那州的2起爆炸事故有人员伤亡。I序号时间国家地点故障程度12019.04美国亚利桑纳州爆炸8人受伤22023.09英国利物浦爆炸32023.04韩国忠南爆炸42023.04中国北京市爆炸、3人死亡52023.03德国爆炸、掀翻屋顶62023.0德国爆炸、门窗损毁5华为工商业储能安全方案3. 1工商业储能安全设计理念：设备、资产、身，主动安全华为基于对储能安全的深刻理解，提出设备、资产、人身三维度的工商业储能主动安全方案，覆盖储能失效的全链路。设备安全设备安全设计包括电芯安全、电芯级参数实时监控、

8、云BMS热失控预警、功率端子温度检测、多级联动的隔离关断等技术，从电芯源头、状态监测、事故预警和故障隔离四个环节保证储能设备稳定运行；资产安全资产安全设计的概念包含了光储系统自身的资产安全和周围建筑、物资的安全，华为工商业储能通过多重联动的主动消防抑制系统，降低热失控蔓延和火灾风险，减轻事故下的资产损失；身安全人身安全设计是工商业场景下的安全红线，华为工商业储能通过顶置泄爆和声光告警等措施，在极端情况下保护储能系统周围人员尤其是运维人员的人身安全。3. 2设备安全设计，守护系统运行3.2. 1I电芯安全，严苛引入&量产标准储能系统的原始安全性与储能系统的电芯直接相关，电池本体因素仍然是储能系统

9、安全的核心。质量低下的电芯易产生内部缺陷故障，如碎屑和毛刺超标以及板柱与壳体搭接等问题。一款电芯的选择主要包括电芯引入和电芯量产两个阶段。华为通过严苛的电芯引入测试和量产管理标准，从源头管控储能安全。在电芯引入环节，华为通过对候选电芯进行超过100项的测试，实现全球认证标准全覆盖。其中，电芯循环测试时间超10个月，对电芯性能进行充分评估；并通浊齐压测满口针刺测试等，来测试电芯在恶劣工况和突发故障情况下的安全能力。在量产管理阶段，华为为供应商制定现场管控标准CTQ*或CTS*共超过200条，保证电芯制程安全。I电芯选择流程华为传统电芯引入测试24项安规测试，20项长期电性能测试，25项短期电性能

10、基本不测试，依靠电芯厂规测试，37项白盒测试，实现全球认证标准全覆盖格书和质保引入电芯循环测试超10个月，性能充分评估电芯规格宽松，以交付为主电芯量产管理制定现场管控标准CTQCTS200+条，持续提升生产质量关键制程数据回传，关键制程CPK要求1.33以上，优率生产质量不管控90%以上图8.华为严控电芯安全，在引入和量产阶段的要求都领先行业图9.多种电芯引入测试*Critica1toqua1ity（品质关键点）,指对性能、技能、安全等重要品质有致命影响的部品的核心特性值。Critica1tosafety3.2.2I电芯级参数实时监测电芯状态监测是电池管理的核心，当前国内外多个标准都对此能力提

11、出了诉求，其需要储能系统有能力实时获取每个电芯的电压、电流、温度等关键参数，并通过监测装置实时传输数据至管理系统，进行分析和处理。通过在电池模组内布局多类传感器，华为工商业储能能够实时监测包括电芯电压、电流、温度等关键参数，并基于上述数据提供精确的电芯SOC&SOH估计，持续监控储能安全状态，避免潜在风险。结合管理平台，华为将这些关键数据从黑盒中取出并转变为可视化状态，有效提升用户对储能系统运行状态和安全状态的感知能力。.据实时数据电芯实时数据图I1上图电池模组中单一电芯的实时运行数据3.2.3I云BMS安全预警*图12.云BMS安全预警实现流保护、告警图13.功率端子温度检测实现流*预计20

12、23年H2上线3.2.4I多级功率端子温度检测储能系统设备复杂。当其运行时，电能通过电缆、接线盒等分配器件流向其他器件，电缆与各零部件的连接点是整个流程中最薄弱的环节。储能系统内功率端子多采用铜端子加螺栓紧固方式连接，这种连接方式对装配精度要求较高，一旦出现不可靠连接，将导致线束局部发热，严重过热则会有起火的危险。因此，华为在电池模组、簇控制器和PCS的各级功率端子上增加温度检测电路，实现实时检测端子过温状态。通过NTC温度检测电路，端子的温度可以被转化为电信号，温度变化的数据传递至信号处理器，设备各级设备即可根据电信号的变化对端子的过温情况进行判断，并及为用户及时告警功率连接螺栓松接等电气风

13、险，避免热滥用的发生。I3.2.5I多级过流保护，主动关断、快速隔离从系统层面防控热失控蔓延的重要方式之一是设立多重的隔离和关断机制，当部分回路电流、电压、温度等出现异常时，可以快速、准确的切断回路电流。传统方案通常使用熔丝进行保护，随着运行年限增加，失效率增大，可靠性较差，并且阈值较高，无法检测并关断微小的过流。华为在电池模组、电池簇和系统三个层面，一共设立四级主动关断和两级被动隔离，用以切断电池系统内部的电路，避免过热量蔓延。下图演示了华为工商业储能多级主动隔离、关断的逻辑图。BMU一级过流保护电池模组软件层面BCU二级过流保护电池簇软件层面电池模组优化器三级过流保护优化器主动关断DC/D

14、C电子开关短路保护DC/DC防反电熔断器&直流开关两级被动隔岗图14.多级主动隔离、关断工作逻辑在电池模组层面，华为通过板端BMS和能量优化器实现电池模组的软硬件隔离；在电池簇层面，通过BCU和簇控制器电子开关实现簇级主动关断隔离；在系统层面，通过断路器和熔丝实现被动隔离的兜底保护。实现对不同层级过流故障的分级保护，做到快速响应，避免故障扩散。I3.3资产安全设计，减少故障损失3.3.1I主动消防抑制系统，多重联动提前介入险情有别于传统起明火后的被动消防，储能消防系统前消防的三维主动消防抑制系统，在事故早期介入,应在电芯开阀或热失控时就主动介入，以降低系统损减少故障损失。失。华为工商业储能通过多重传感+及时排气+提十不叶f1图15.由多重传感+排气系统+消防模块构成的主动消防抑制系统多重传感储能柜内配有烟感、温湿感、Co探测器等多重传感器，可以精准检测柜内温度和可燃气体浓度，实时感知系统环境状态。排气系统机柜排气系统基于可燃气体检测系统，当检测到电池开阀释放可燃气体时，排气模块运行以降低电池仓内可燃气体浓度。在排气过程中，电池模组上的散热风扇成为辅助动力源，可以把电池模组后部的可燃气体也全部排出柜内，做到无死角排气。通过配备多重动