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儲能作為能源服務新產品，是優質、可靠的毫秒級控制響應資源，可提供有功無功的雙重支撐，為電網提供調峰、調頻、備用、事故應急響應等多種服務，有效滿足電網在可再生能源消納、電網安全運行等方面的迫切需求，推動“源網荷儲”協調發展。2018年開始電網側和用戶側儲能電站開始投入使用，電池作為儲能電站核心組成部分，實際運行中也暴露出一些問題。本文從電池組的異常和告警現象入手，對電池組的設計、選型和結構進行對比分析，探索更為安全、合理、高效的電池組設計方式。
本文來源：中國電力設備管理協會 微信公眾號
1 運行數據分析
經統計某電網側儲能電站運行數據，2019年1月8日至3月8日儲能電站全站電池告警信息共計31435條，對電站的安全穩定運行造成了較大影響（表1）。其中，單體過壓、欠壓告警屬于電壓異常告警合計31313次，占比99.61%；過溫、欠溫告警屬于溫度異常告警合計60次，占比0.17%；SOC低告警屬于電池荷電量低告警共計69次，占比0.22%。
表1 某儲能電站實際運行告警信息統計
考慮SOC告警屬于鋰電池內部固有化學特性造成，本文重點針對電壓及溫度異常告警進行分析研究。
2.1 電壓異常
2.1.1 異常原因分析航插與U箱總正、總負鋁排連接螺栓出廠時未按力矩要求鎖緊，導致接觸電阻變大，引起電池電壓采樣誤差；航插與U箱總正、總負鋁排連接螺栓未做防振/放松處理，再加上電池插箱在長時間運行中出現震動或熱脹冷縮導致連接螺栓松動引起接觸電阻變大（單體告警有的不規律出現，有的反復出現）；虛焊漏焊導致接觸電阻變化；U箱內部模組間使用焊接鋁排為分體式，即每個模組使用一個鋁排進行焊接，模組與模組間鋁排靠螺釘連接，存在螺釘未鎖緊或長期運行震動/熱脹冷縮導致的松動，引起接觸電阻變大。部分鋁排連接不可靠，在運行過程中進入粉塵引起的接觸電阻變大；電芯一致性存在差異，電芯本身或長時間運行衰減導致內阻變大；航插退針，在振動或熱脹冷縮作用下，航插芯體易出現退針現象，造成接觸不良，導致接觸電阻變大，進而引起壓降增大。從拆下的舊航插看，芯體很容易拔出，且芯體與鋁排連接部分有明顯的氧化痕跡。
2.1.2 整改方案更換U箱總正、總負鋁排與航插連接的螺栓為耐落螺栓，涂有防落螺紋膠，并用10N·m的力矩鎖緊；更換后用電壓內阻儀測量模組電壓內阻及總正、總負鋁排與航插間的阻抗。阻抗≤0.2mΩ為合格，不合格時檢查并緊固螺栓，排查是否有虛焊，并拆下模組鋁排連接螺栓用酒精清洗鋁排表面。測量模組電壓與整簇比較，壓差在200mV以內認為合格，否則對模組進行補電或放電[1]。更換新結構航插。針對退針艙體U箱，U箱串聯使用銅排的方式進行整改。新航插采用整體注塑的結構，可有效消除退針隱患（圖1）；U箱間由原來的串聯動力線對插方式改為銅排串聯（T=2.5mm，W=20mm），銅排與航插間通過M8內六角組合螺栓連接，扭力值≥13N·m（圖2）。
圖1 新航插示意圖
圖2 新結構動力連接線示意圖
測試新動力連接線對比發現，新型結構有利于降低接觸內阻，可減小由接觸內阻過大造成的壓降和溫升問題。新航插結構在充放電機上以150A電流進行測試，記錄電壓降及實際電流，經數據計算后，新航插與銅排組合體內阻在0.073~0.093mΩ間。
2.2 溫度異常
2.2.1 原因分析風道結構不合理。通過對風道進行熱仿真數據分析，得知在風道末端風速基本為0，風量也很小，達不到冷卻效果；U箱風扇未啟動。風扇啟動可加速空氣流速，起到一定的降溫效果，但因BMS（電池管理系統）設置風扇啟動溫度過高（40℃），導致U箱風扇未啟動；單體電芯在U箱內間距較小，不利于通風冷卻；風道在空調出風口上端存在密封不嚴的情況，空調出風口與風道結合處存在縫隙，手伸至此處有明顯的風吹感覺，存在漏風，造成風壓、風量損失。
2.2.2 整改方案風道整改。采用圖3所示異形鈑金件加泡棉安裝于風道出口（空調出口附近），通過縮小風道出口來提高風壓，提升冷風/熱風在風道內的流速，從而保證在風道的末端（第5簇和第1簇）有一定的風量，改善冷卻效果。從13#艙A側測試效果看，在風道末端風速、風量都有所改善，但效果不夠明顯。進一步分析及與運維人員溝通，U箱風扇在運行過程中未啟動，若風扇啟動進一步可加速風的流動速度，冷卻效果會進一步得到改善[2]。
圖3 風道改造異形鈑金件
風扇啟動策略優化。調整風扇控制策略，更改風扇啟動溫度，確保U箱風扇啟動，滿足U箱散熱要求。
3 整改效果分析對該儲能電站進行整改并重新運行一周后，搜集運行數據，分析整改效果。電壓測試。選取23號電池倉，滿功率（500KW）充電或放電，記錄跨接點電壓分布，并對整改前后BMS系統數據進行比對，發現整改后的跨接點電壓離散現象消失，BMS不再報電壓異常。阻抗測試。選取23號電池倉，更換螺栓，重新打緊扭力后，用內阻測試儀對所有連接點的阻抗進行確認（圖4），所有阻抗都控制在0.25mΩ以內。
圖4 阻抗分布圖
溫度測試。在完成空調設置并開啟風扇后，將電池艙投入AGC試運行，3天后記錄BMS系統溫差變化，并對整改前后數據進行比對。整改前最高溫達到43℃，溫差最大23℃，整改后最高溫降至39℃，溫差縮小至不超過18℃，顯著改善。4 結語該儲能電站整站整改完畢后投入AGC試運行，整改完成的電池艙運行過程中未出現電壓異常中度、重度報警，未出現溫度異常中度、重度報警，壓差相比整改前有了顯著的改善，溫差也有顯著縮小，整改完成的艙工作溫度都小于50℃，處在最佳的工作溫度范圍[3]。因此，可認為本次研究原因分析到位，整改措施有效，可達到既定目標。
參考文獻[1]GB/T34131電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統技術規范.[2]Q/GDW11220電池儲能電站設備及系統交接試驗規程.[3]NB/T42091電化學儲能電站用鋰離子電池技術規范.
此專文摘自《電力設備管理》雜志文庫，專文主創：國網鎮江供電公司 包 磊 國家能源集團諫壁發電廠 瞿 佳
本文來源：中國電力設備管理協會 微信公眾號
1 運行數據分析
經統計某電網側儲能電站運行數據，2019年1月8日至3月8日儲能電站全站電池告警信息共計31435條，對電站的安全穩定運行造成了較大影響（表1）。其中，單體過壓、欠壓告警屬于電壓異常告警合計31313次，占比99.61%；過溫、欠溫告警屬于溫度異常告警合計60次，占比0.17%；SOC低告警屬于電池荷電量低告警共計69次，占比0.22%。
表1 某儲能電站實際運行告警信息統計
考慮SOC告警屬于鋰電池內部固有化學特性造成，本文重點針對電壓及溫度異常告警進行分析研究。
2.1 電壓異常
2.1.1 異常原因分析航插與U箱總正、總負鋁排連接螺栓出廠時未按力矩要求鎖緊，導致接觸電阻變大，引起電池電壓采樣誤差；航插與U箱總正、總負鋁排連接螺栓未做防振/放松處理，再加上電池插箱在長時間運行中出現震動或熱脹冷縮導致連接螺栓松動引起接觸電阻變大（單體告警有的不規律出現，有的反復出現）；虛焊漏焊導致接觸電阻變化；U箱內部模組間使用焊接鋁排為分體式，即每個模組使用一個鋁排進行焊接，模組與模組間鋁排靠螺釘連接，存在螺釘未鎖緊或長期運行震動/熱脹冷縮導致的松動，引起接觸電阻變大。部分鋁排連接不可靠，在運行過程中進入粉塵引起的接觸電阻變大；電芯一致性存在差異，電芯本身或長時間運行衰減導致內阻變大；航插退針，在振動或熱脹冷縮作用下，航插芯體易出現退針現象，造成接觸不良，導致接觸電阻變大，進而引起壓降增大。從拆下的舊航插看，芯體很容易拔出，且芯體與鋁排連接部分有明顯的氧化痕跡。
2.1.2 整改方案更換U箱總正、總負鋁排與航插連接的螺栓為耐落螺栓，涂有防落螺紋膠，并用10N·m的力矩鎖緊；更換后用電壓內阻儀測量模組電壓內阻及總正、總負鋁排與航插間的阻抗。阻抗≤0.2mΩ為合格，不合格時檢查并緊固螺栓，排查是否有虛焊，并拆下模組鋁排連接螺栓用酒精清洗鋁排表面。測量模組電壓與整簇比較，壓差在200mV以內認為合格，否則對模組進行補電或放電[1]。更換新結構航插。針對退針艙體U箱，U箱串聯使用銅排的方式進行整改。新航插采用整體注塑的結構，可有效消除退針隱患（圖1）；U箱間由原來的串聯動力線對插方式改為銅排串聯（T=2.5mm，W=20mm），銅排與航插間通過M8內六角組合螺栓連接，扭力值≥13N·m（圖2）。
圖1 新航插示意圖
圖2 新結構動力連接線示意圖
測試新動力連接線對比發現，新型結構有利于降低接觸內阻，可減小由接觸內阻過大造成的壓降和溫升問題。新航插結構在充放電機上以150A電流進行測試，記錄電壓降及實際電流，經數據計算后，新航插與銅排組合體內阻在0.073~0.093mΩ間。
2.2 溫度異常
2.2.1 原因分析風道結構不合理。通過對風道進行熱仿真數據分析，得知在風道末端風速基本為0，風量也很小，達不到冷卻效果；U箱風扇未啟動。風扇啟動可加速空氣流速，起到一定的降溫效果，但因BMS（電池管理系統）設置風扇啟動溫度過高（40℃），導致U箱風扇未啟動；單體電芯在U箱內間距較小，不利于通風冷卻；風道在空調出風口上端存在密封不嚴的情況，空調出風口與風道結合處存在縫隙，手伸至此處有明顯的風吹感覺，存在漏風，造成風壓、風量損失。
2.2.2 整改方案風道整改。采用圖3所示異形鈑金件加泡棉安裝于風道出口（空調出口附近），通過縮小風道出口來提高風壓，提升冷風/熱風在風道內的流速，從而保證在風道的末端（第5簇和第1簇）有一定的風量，改善冷卻效果。從13#艙A側測試效果看，在風道末端風速、風量都有所改善，但效果不夠明顯。進一步分析及與運維人員溝通，U箱風扇在運行過程中未啟動，若風扇啟動進一步可加速風的流動速度，冷卻效果會進一步得到改善[2]。
圖3 風道改造異形鈑金件
風扇啟動策略優化。調整風扇控制策略，更改風扇啟動溫度，確保U箱風扇啟動，滿足U箱散熱要求。
3 整改效果分析對該儲能電站進行整改并重新運行一周后，搜集運行數據，分析整改效果。電壓測試。選取23號電池倉，滿功率（500KW）充電或放電，記錄跨接點電壓分布，并對整改前后BMS系統數據進行比對，發現整改后的跨接點電壓離散現象消失，BMS不再報電壓異常。阻抗測試。選取23號電池倉，更換螺栓，重新打緊扭力后，用內阻測試儀對所有連接點的阻抗進行確認（圖4），所有阻抗都控制在0.25mΩ以內。
圖4 阻抗分布圖
溫度測試。在完成空調設置并開啟風扇后，將電池艙投入AGC試運行，3天后記錄BMS系統溫差變化，并對整改前后數據進行比對。整改前最高溫達到43℃，溫差最大23℃，整改后最高溫降至39℃，溫差縮小至不超過18℃，顯著改善。4 結語該儲能電站整站整改完畢后投入AGC試運行，整改完成的電池艙運行過程中未出現電壓異常中度、重度報警，未出現溫度異常中度、重度報警，壓差相比整改前有了顯著的改善，溫差也有顯著縮小，整改完成的艙工作溫度都小于50℃，處在最佳的工作溫度范圍[3]。因此，可認為本次研究原因分析到位，整改措施有效，可達到既定目標。
參考文獻[1]GB/T34131電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統技術規范.[2]Q/GDW11220電池儲能電站設備及系統交接試驗規程.[3]NB/T42091電化學儲能電站用鋰離子電池技術規范.
此專文摘自《電力設備管理》雜志文庫，專文主創：國網鎮江供電公司 包 磊 國家能源集團諫壁發電廠 瞿 佳
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