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为了避免锂电池突然起火,安全故障预警应用平台诞生了!

萍乡文明网 2022-06-23 12:03 萍乡文明网 71
自从国家发布了“2030碳达峰,2060碳中和”的目标之后,很多高能耗的企业和园区就为自己的命运感到担心。担心突然某一天,因为运营能耗偏高,企业被突然勒令停产。 由于很多高

  自从国家发布了“2030碳达峰,2060碳中和”的目标之后,很多高能耗的企业和园区就为自己的命运感到担心。担心突然某一天,因为运营能耗偏高,企业被突然勒令停产。

  由于很多高能耗企业,同时也是地方GDP的直接贡献者。一旦“突然死亡”,难以有其他支柱产业替代。

  解决的办法不是没有,而是存在一定的安全风险。过去几年内,由新能源使用造成的安全事故屡屡发生。

  使用更安全的新能源方案,因此变得日益重要。某种意义上,它甚至会决定碳达峰目标实现的进度。经过了日以继夜的研发,美克生能源终于找到了一个方案。

  提前一个月预警火灾的神奇

  为了低碳、零碳运行,一部分的国内产业园区很早前就已经试验使用储能为园区供电。但这些新能源项目的安全隐患也因此慢慢浮现。

  2017年3月7号,山西某火力发电厂储能系统辅助机组AGC调频项目发生火灾;2017年12月22日,山西某电厂9MW调频项目2号储能集装箱柜发生火灾;2018年8月3日,江苏扬中某用户侧磷酸铁锂储能电站发生火灾,一个储能集装箱整体烧毁;2021年4月16日,北京丰台大红门储能电站调试过程中起火爆炸的消息登上热搜,事故造成1660.81万元的直接财产损失,2名消防员不幸遇难;2022年2月18日,江西某储能项目发生起火,在存放阶段的电池舱剧烈燃烧,现场人员发现后及时报火警、消防人员控制了险情,事故原因仍在调查中。

  频繁发生的安全事故,影响了人们对锂电项目的信心和运用前景。

  然而,火灾并非不能提前预知。业内专家普遍认为,引发储能安全事故的首要原因还是锂电池自身的问题,由锂电池本身的瑕疵或是电池老化从而带来的安全问题。

  根据学术研究发现,在低温高倍率充电条件下,锂电池的锂离子会在负极与电解液的界面堆积、堆积到一定程度就有可能会产生锂枝晶(是指采用液态电解质的锂电池在充电时,锂离子还原时形成的树枝状金属锂单质)。当锂枝晶生长到一定程度时,就会触破电池隔膜导致电池内短路,最终引发安全事故。

  针对锂电池这一特性,专注于电池安全领域的美克生能源提出了解决方案。美克生能源科研团队采用电化学模型对锂电池内部进行模拟预测,真实还原锂电池内部情况。“电池就如同黑匣子,我们使用电化学模型,相当于给储能场景安装了一个X光机,能够实时监测储能电池的内部状况,比如电解液变化、隔膜厚度等等,一旦发现问题即可做到提前预警,真正将预防做到消防前。”美克生能源创始人兼董事长魏琼这样总结。

  在2021年底,美克生能源跑通了锂电池电化学模型硬件求解器,将单电芯测算时间由原来的0.1秒缩短至0.05毫秒,配合并行计算,电池管理维护测算速度将提升20万倍,解决了商用模型计算速度慢、无法实时计算的难题。

  在P2D阶段的电化学模型硬件求解器算法基础上,今年3月份,美克生能源锂枝晶生长模拟正式成功,可以在软件端10秒内、硬件端0.1秒内(市场上现在通用计算时间为90秒左右)就得到电池内部各项物理化学量的变化,并模拟锂枝晶生长情况。这样一来将能够更为准确地预测锂电池的寿命衰减,有效预防锂电池安全事故的发生。

  研发预算没有上限

  基于上述能力, 美克生自主研发了PSS——储能预防性诊断安全管理系统,它也是商业化锂电池安全故障预警应用平台及数字化电池管理系统的领先样本。

  PSS系统支持“云边结合”,实现电芯实时监测和状态趋势预测。通过高速硬件计算能力,PSS系统可以实时监测储能电池电芯层面的电流、电压时间序列,预防电芯“猝死”。同时,通过不断完善的电池知识库和AI智能算法,PSS系统可以从电芯数据中抓取容量、内阻和自放电参数等反映电芯性能特征的电池关键性能参数,并基于对衰老过程中锂电池关键性能参数变化规律和电池知识地貌的分析,预测电芯状态演变,能够捕捉电池关键参数劣化的微先兆。针对电芯内短路热失控、正常老化失效等故障,提前一个月就做出预警。

  在获取小样本储能电站数据后,PSS系统可通过迁移学习及数字孪生技术构建电站专属知识库,并通过持续获取和分析电站数据,逐步强化知识库,实现知识库越用越强,PSS系统越用越准。

  PSS系统还能够在线对故障进行定点定位,免拆解获取电芯层面电池关键性能参数,“零时间成本”对锂电池储能系统进行“体检”,提供电池健康状态评估、电池状态校正、电池剩余寿命预测等服务,为运维人员提出科学建议,从而更大程度的保障锂电池储能系统全生命周期的安全,有效提高企业收益。

  2021年,PSS系统作为重要研发课题的应用板块,荣获了国家电网有限公司2021年科学技术进步奖一等奖。

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