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福建巨电杨尚勇:CTC产品在储能领域应用的优势和前景

日期:2021-06-11    来源:中国储能网

国际储能网

2021
06/11
10:33
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关键词: 杨尚勇 储能产品 储能电池

5月24日,第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。此次大会主题是“坚守储能安全底线,推动产业创新发展”。来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的718家产业链企业,1952位嘉宾参加了本届大会,其中88家企业展示了储能产品

在5月25日下午的“ 储能电站规划与设计”专场,福建巨电新能源股份有限公司PACK总监杨尚勇分享了主题报告《CTC产品在储能领域应用的优势和前景》。经演讲人本人授权同意,小编整理了演讲速记,并将速记内容分享如下:

杨尚勇:大家下午好!今天我分享的主题是《CTC产品在储能领域的应用》,从以下四方面展开分享:公司介绍,电池产品介绍,CTC产品介绍,应用案例。

第一部分,公司介绍。

我们公司的全称是福建巨电新能源股份有限公司,是福建省属国有企业的控股子公司,公司集电芯开发、系统集成于一体,分别在福建、安徽、江苏建成规模化的产业基地。公司的产品主要是单体大容量的锂离子电池,包括直流侧的系统集成。

公司2016年9月注册成立,2017年11月产线调试,2018年3月产品下线。这是我们的三个产业基地。公司已经通过相关的体系认证,产品已经通过了包括新能源汽车、新能源船舶以及储能领域的相关认证,这里罗列几个,比如说CCS船级社认可证书、GB36276、IEC62619、UN38.3、美国UL及欧洲CE相关检测认证。

公司是国家级的高新技术企业,同时也是航天工程研究院的军民融合示范企业,省市级企业的技术中心,同时也是中国航天钱学森创新委员会的实践基地。

第二部分,电池产品介绍。

这张图是我们公司主打的单体500Ah的软包电池,它的厚度是17毫米,宽度是790毫米,高度430,标称电压是3.2V。标称容量500Ah,标称能量1600Wh,循环寿命大于6000次。CTC产品也是基于这款电池开发出来的。

这里先对CTC做一个解读。CTC是将单体电芯以插片式集成于厢式空间的储能应用技术,是一种储能电池系统在空间布置方面的创新。储能产品将庞大的电池系统分解成细小的模块单元,分别在安全、制造、运输、安装、运维、回收等方面针对性的做了开发和创新。储能成组技术省去了由电芯串并为模组,模组组装成箱体的环节,系统由单体模块、机柜、电气控制系统等组成。我们最早开发CTC产品的初衷或者说目的,主要是解决在直流侧安装、运维、梯次回收利用等方面的行业痛点问题。

CTC模块的介绍。它的额定电压是3.2V,额定容量500Ah,重量小于12.5kg。我们对单体电池进行了铠甲包装,提高了软包电池的防护,包括结构强度。另外,增加铠甲包装也可以抑制热失控热扩散的发生和蔓延。同时,将单体电池的耐压等级提升到直流5000VDC等级,测试的依据是GB/T36276。

这是CTC机柜的设计。最左边这张图是我们机柜的外观效果图。中间这张图是内部模块集成完之后的效果图。最右边的动画是CTC模块在系统集成过程中的安装动画,是插片式的组装方式,单人操作,组合灵活,运维简单,梯次回收比较便利。

CTC系统集成的整个过程看起来是非常简单的,实际操作也非常有优势。首先它是由CTC的模块直接集成到电池簇,电池簇再集成到厢式的储能中。每个模块是1.6KWh的带电量,常规应用中每个电池簇是270串,一个电池簇的电量是432KWh,5个电池簇组成了1MW/2.16MWh的储能集装箱。和市场上传统储能对比,2MW的集装箱,常规的电池簇至少都要有6个电池簇,使用我们单体大容量产品的优势就可以减少一个电池簇,降低了如BMS管理系统等组件的用量。它的几个比较有优势的特点:一是系统配置比较灵活,可以减少一些冗余的配置。二是插片式的集成设计,安装简单。三是在系统级会融入一些智能的组件,不仅可以提高系统容量的可容度,而且可以实现在线运维,真正意义上实现整个系统全年不下线。

这张图是由2.16兆瓦时的集装箱组成的储能系统子阵。每个电池簇里不仅有BMS,BMS的旁边还有一个控制器,在电池的末端和PCSS中间有一个簇控制器,这在后面会有针对性的介绍。几个集装箱并联接入到PCS,然后再接入智能箱变。

BMS+控制器单元,每个BMS+控制器是控制18串的模块,形成一个虚拟包。BMS的云端智能实时监测、预警,可以提高它的安全性。另外,它可以独立控制虚拟包SOC状态,提高电池簇的容量可用度。故障电池可以单独旁路,不影响电池簇内其他电池包的正常工作。非工作状态时,控制器默认关断,整个电池簇没有高压,没有短路风险。

关于簇控制器,主要的作用是解决簇间的环流,提升电池簇的可用容量,相同的吸电能力下,电池配置可以减少5%以上,减少投资。它的特点:一是稳定电池簇输出电压,提高PCS转换效率;二是解决电池簇的环流问题;三是智能调配电池簇充放电功率;四是与BMS+控制器配合,确保每簇均可满充满放;五是直流侧的能量效率会大于96%。右侧的图是集装箱储能系统的整个布置方案。

关于储能模块热设计。CTC模块厚度小于22毫米,热量快速传递,内部温差小。这22毫米的概念可以和市场上主流的方壳电池做比较,它的厚度是在72毫米,内部散热效果在市场应用过程中已有反馈。我们每个模块的有效散热面积是大于0.85平米,与同等容量的方壳电池做对比,我们的散热面积是它的3倍。三是主体的电池温度分布均匀,改善大电池的均温问题,提高产品使用寿命。电池最适宜的工作温度是25度,每提升15度,对电池的循环寿命影响是非常大的。

这是机柜的热设计,通过右边的风道速度矢量图可以看到,每个模块都有均匀的风道。

集装箱系统的热设计。集装箱内的设计大体差不多,就不做过多地介绍。目前我们可以做到的集装箱内的温差是小于5度。

刚才讲到我们重点要解决的是安装、运维以及梯次利用的问题,安装在刚才的介绍过程中,大家都能够看到它的便利性,尤其是在比较狭窄的安装空间。比如说步入式的集装箱内,它单人操作,相比于动辄就100kg左右电池箱,它的便利性是很明显的。另外,回收利用,我们可以根据智能BMS的数据,将从系统替换下来的电池与同状态的电池直接进行组合,不需要像传统的电池一样要拆箱,再将异常电池从模组中拆解替换出来,常规的电池会遇到一个破坏性的拆解。大家都清楚,电池出现异常的时候,安全性也会降低,所以再次对它进行破坏性拆解的时候,危险性也是比较高的,而我们产品本身就是单体,如果能继续使用,直接可以再组合。

关于失效运维的流程,当电池系统出现问题的时候,异常单体对应的虚拟包就会自动旁路,这时候需要人工干预,将异常的产品拆出,时间大概在10-20分钟。再将相邻的产品直接进行串联,整簇相当于减少一片电池,然后虚拟包再自动接入系统中,让电池恢复正常工作,整个时间是在15-30分钟可以恢复整个系统满功率的工作,操作时间短。虚拟包旁路的工作中,同簇的其他电池包还在正常运行的,所以会实现在线的运维,系统不停机。选择在系统空闲时补入新电池。操作难度低,站上运维人员即可操作,不需要电池厂家派专业的技术人员到现场。另外我们产品的备件比较简单,存储比较方便。整个运维成本比较低。以上是对运维的介绍,时间关系,就不再展开来讲,有兴趣的朋友可以会后进行交流。

第四部分,应用介绍。目前CTC产品主要在两款产品上在应用,一款是20尺1.1MWh移动补电车,还有一款产品是30尺1.3MWh移动补电车。

这是移动补电车在实际应用中的一些场景。

这是我们在深圳实际应用的一些场景。

最后,我分享一个案例,城市工程车电动化移动伴随充电服务。这个项目的背景是2019年广东省开始推广纯电动泥头车,我们的移动充电柜结合错峰充电提供伴随服务,解决了一些痛点问题:第一,限行期纯电动泥头车出现充电排队的问题,根据运营需求布置移动式或固定式充电点。第二,解决了电网侧高峰期的压力,通过移动补电和固定式慢充快放错开电网高峰。第三,解决纯电动泥头车充电的时间浪费问题,包括电量的浪费,可以多拉快跑增加运营收益。第四,解决充电场站或者换电场站建设周期长,不可灵活移动的问题。其实我们这个柜子还可以用在一些老旧小区,可以移动式可以固定式,满充一次可以为200辆以上的乘用车提供充电服务,满足其电量需求。

以上是我今天的分享,谢谢!


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