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锂离子电池储能系统BMS的功能安全分析与设计

北极星储能网  来源:储能科学与技术    2020/2/12 13:06:59  我要投稿  

北极星储能网讯:近两年,中国储能产业迎来爆发式增长。相较于其他储能技术,由于生产技术的快速进步、制造成本的逐步下降等因素,锂离子电池具备更显著的竞争力,在储能领域的市场渗透率越来越高。

作为对电池进行监控和管理的电子装置,电池管理系统储能系统的核心部件之一,其功能安全(functional safety)是设备安全的重要组成部分,主要是从电子电路相关的控制系统考虑,着重避免由于受控设备及其相关系统在故障或者失效的情况下导致的风险。由于它关系到整个锂离子储能电站的安全稳定运行,欧美储能市场已通过相关法令或标准明确将此部分内容列为准入条款。国内电化学储能行业在功能安全方面的重视度也日益提高。但由于锂离子电池储能行业为新兴产业,目前尚未有针对此类产品的专门的功能安全标准,更多的是参考通用的电子设备功能安全标准IEC 61508及IEC60730-1,导致了储能产品在实际功能安全设计和验证的理解和操作的困难。为了正确高效地实现储能系统的电池管理系统功能安全设计和验证,本文基于IEC 61508 和 IEC 60730-1附录H对锂离子电池储能产品的功能安全设计和验证进行了梳理,其他类型的电化学储能系统也可参考。

文章针对锂电池储能系统BMS的产品特点,从系统的危险识别和风险分析、整体安全要求确定和安全功能分配、安全完整性实现及验证三个主要分析步骤,参照IEC 61508、IEC60730-1等相关参考标准梳理了电池储能系统BMS功能安全的分析与设计过程。分析结果表明,选择失效模式影响和诊断分析(FMEDA)以及风险矩阵法(RM),可靠性框图法(RBD),适合于储能系统电池管理系统BMS的功能安全分析和设计。依照IEC 61508、IEC60730-1等相关标准,结合储能系统产品的特点,选择正确的分析设计路径,可以确保储能系统BMS的功能安全完整性等级(SIL)有效达成,为储能电站设计开发者提供参考。

电池管理系统(BMS)是锂电池储能系统的核心部件之一,其可靠性和安全性是储能系统推广应用过程中关键性技术难题。基于国内外相关技术标准梳理以及实际工程经验,本文详细总结了BMS功能安全分析设计的具体过程和实用方法,具体包括系统分析、危险识别和风险分析、整体安全要求确定及安全功能分配、安全完整性实现及验证等环节。本文研究成果填补了国内关于储能系统锂电池BMS功能安全设计研究方面的空白,为电池系统的安全设计、安全验证、安全评估工程师提供参考,对我国储能电池系统的功能安全标准规范的研究和制定也有参考借鉴意义。本文所提供仅是其中一种可行方案,从业工程师需要根据储能系统的实际应用场景和各公司的能力进行合理选择。

引用本文

朱伟杰, 史尤杰, 雷博. 锂离子电池储能系统BMS的功能安全分析与设计[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(1): 271-278.

Weijie ZHU, Youjie SHI, Bo LEI. Functional safety analysis and design of BMS for lithium-ion battery energy storage system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(1): 271-278.


原标题:锂离子电池储能系统BMS的功能安全分析与设计

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