珠海冠宇诸志明：新一代锂电储能系统的可靠性设计

 蓝狮平台网讯：为加快推进电子信息技术与新能源协同发展，进一步支撑产业融通创新，2023年11月8日—10日，国内首个能源电子博览会如约在珠海国际会展中心召开。

  2023能源电子产业发展大会暨广东新型储能产业发展高峰论坛由珠海市人民政府、广东省工业和信息化厅、中国电子信息产业发展研究院、中国光伏行业协会、中国半导体行业协会、中国化学与物理电源行业协会联合主办。由珠海市工业和信息化局、北京赛迪会展有限公司、珠海华发集团有限公司承办。广东新型储能国家研究院有限公司、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、广东省太阳能协会协办。

  会议期间，珠海冠宇电池股份有限公司储能系统解决方案总监诸志明发表演讲：《新一代锂电储能系统的可靠性设计》。

  诸志明：各位领导、来宾大家上午好，我是来自冠宇电池的诸志明，非常荣幸今天与大家分享“新一代锂电储能系统的可靠性设计”的主题报告。

  我的报告分为三部分，首先聊聊储能的发展和所面临的挑战。

  前面有嘉宾提到目前国内已经投运的新型储能系统容量非常大了，我这边也做了一个数据展示，可以看到，截止到2023年第三季度，国内新型储能累计装机规模已达到53GWh，其中1-6月份的新增储能装机容量是历年装机量的总和，配置储能的时长平均下来也在2个小时左右。

  我们对新型储能快速发展的原因进行分析，主要有以下4个方面：首先，国家双碳目标的快速推进，截至今年6月份，国内可再生能源装机容量达到13亿千瓦，约占国内电源总装机的48%，历史性超过传统煤电的装机容量。第二，国内顶层政策设计的不断完善，进一步推动新型储能参与电力市场，并被科学优先调用，产生了很多创新的商业模式。第三，新型储能和传统抽蓄调节资源的深度融合，他们之间的互补性强，可以在不同的场景中为新能源并网消纳提供很好的解决方案。第四，政府、企业、高校对发展新型储能技术和工程项目应用的热情空前高涨，据统计，目前国内已开设储能科学与工程专业的大学数量超过60家，全国与储能相关的企业超过了十三万家，整个行业是一个空前的快速发展的状态。

  从不同储能技术的装机规模占比上我们可以看到，锂电的规模体量占据了主导地位，除锂电外，飞轮、超级电容、液流电池等不同路线的储能技术应用也在不断增多，总体呈现出一个百家争鸣、百花齐放的态势。在储能不同应用场景中，电网侧和电源侧的储能装机规模在大幅增长，用户侧储能的项目数量也在快速增加，据不完全统计，仅6月份全国新型储能在用户侧的备案数量已超过了2.7GWh。用户侧储能市场之所以爆发和盈利模式比较明确密不可分，在这也给大家分享一下，用户侧储能的主要盈利点为电价峰谷套利，此外一部分未被量化的收益，也随着利好政策的出台被认可，所以我们可以看到，储能的应用从之前的辅助状态变为很多企业的刚性需求，企业安装储能系统也从一开始的被动示范变成积极使用、主动联系储能企业进行安装，储能的经济价值被用户所认可，直接推动了储能在用户侧的快速发展。

  标准规划方面，我们也看到国家形成了比较完善的新型储能标准体系，包含八个方面共205项标准，目前即将实施的储能标准大概有14项，正在批准待实施的储能标准有16项，两者之和为30项，离标准体系建设完成还有一定的差距，标准的暂时缺失造成目前部分储能项目存在不规范设计和建设的情况，也有着较大的运营风险。

  下面是我们总结的目前部分储能项目上存在的一些挑战，首先大家知道储能是电池成本占比非常高的一套系统，电池最重要的参数就是瓦时，以瓦时作为储能项目的单价也是行业内的普遍做法，比如大家在进行项目分析对比时也常会把瓦时单价作为关键性指标甚至唯一指标，但这种分析往往会忽略掉很多重要信息。因为储能系统不是一款单一产品，是具有跨专业、多学科、技术要求复杂的系统产品，简单的以瓦时单价作为评价项目的标准，容易忽略不同的设备配置和产品的优劣，这也造成有些企业在储能产品设计时对看不见的地方进行大量的不好的降本“优化”。

  第二，在2021年之前储能实际上是一个规模相对较小的市场，包含前面有嘉宾提到储能调频市场和早期的用户侧储能市场等对行业规模化发展的促进作用有限。最近两年，新能源强制配储和用户侧储能商业化模式的日趋成熟，储能行业的发展速度空前，但快速膨胀的市场，必然充斥着诸多稂莠不齐的产品，很多的产品在设计和功能没有被充分验证的情况下就推向了市场，所以产品的运营效果也可想而知。

  第三，大家可能会发现，无论是空调、消防、舱体等设备在市场上都有配套的企业可以提供完整的系统解决方案，所以在对整个储能系统进行集成设计的时候，很多企业仅是对各独立子系统进行一个简单的“拼接”工作，不同子系统之间的协同和控制管理很缺乏。说句玩笑话，很多朋友会说储能系统就类似于搭积木，动手能力强的就可以组装出来。

  第四，锂电储能系统相对于其他储能技术的商业化程度较高，大部分设备可在工厂进行预装，所以整体的交付周期就比较短，这也就切合了很多项目对短工期的要求。但当一部分项目的交付周期过紧，且有一些特殊定制要求时，企业往往只能以交付为目标进行项目产品设计，而一些需要长周期测试的指标如：寿命、效率等就很难有保证。

  以上整理出的4个方面的问题可能不够完全，但具有一定的代表性。作为锂电池和储能产品企业，我们希望建立一个比较完整的储能系统架构，加强系统内部各独立子系统的融合设计，做到各子系统的软硬件充分有效的协调管理。我们坚持以底盘思维来做储能，以提高储能系统设计的安全性和产品的可靠性作为我们的目标。但避免纯粹堆配置“多即是好”的做法，和配置没有被充分发挥“有而无为”的情况，让储能产品真正实现能用、好用并且是容易被普通用户所了解和运维掌握。

  这里我们对近年来储能产品相关技术的演化做了一些梳理、总结，也不一定完整，因为很多企业还是非常有创新性，所以下面介绍的内容仅供参考。

  首先储能系统中最重要的是电芯，无论在安全上，还是成本上。我们看到目前储能电芯从280Ah逐步过渡到300Ah+，电芯在往大容量方向走。

  第二块，我们看下电池管理系统BMS的发展，BMS从最开始只针对直流侧电池系统进行管理，到现在管理范围已经覆盖到整个储能直流系统，一般的储能BMS是三级架构，现在很多企业在提四级、五级BMS的概念，也是把之前很多分散设备的控制管理功能与BMS进行融合。其次BMS与EMS交互一般与其他设备的数据共用信息通道，并以本地存储为主，目前出于安全性考虑，一些需求希望BMS提供独立组网和存储的功能，实现在火灾等特殊情况下BMS数据的可追溯性和可分析性。此外，BMS一般都是固定方案，储能集成企业根据第三方BMS企业能提供的功能进行直接应用，但随着储能应用场景和需求的不断变化，储能BMS也产生了很多定制化需求，一些企业针对新的需求也能提供更多差异化的BMS产品。

  第三块，储能双向变流器的电压等级上，从早期的一千伏直流系统，到一千五百伏直流系统，再到一千五百伏+直流系统；储能双向变流器的应用形式上，从早期的集中式、和模块化的多支路，到现在的组串式方案，大家对储能系统的运行效率和全生命周期管理越来越重视；从应用需求上，大型储能电站双向变流器在逐步往具备构网能力进行发展。

  第四块，早期储能系统的调用需求比较简单，能实现本地化的监视功能基本就够了；后面随着储能站点的不断增多，多站点运维就需要有远程监控和控制功能；目前储能系统在云端控制管理和参与电力市场交易等方面有着很多的应用需求。

  第五块，目前储能电池容量越做越大，单个集装箱的能量越来越多，对应的散热方案也在不断发展；从集中式风冷到分散式风冷，从板式液冷到浸没式液冷，都是为了实现更有效的热管理而做的努力。

  第六块，在消防系统上目前的几种方案比较融合，早期的储能系统仅应用七氟丙烷气体灭火，目前很多项目的灭火气体也更换为了全氟己酮；此外气体+水消防的双重灭火方案也成为了基本共识；从灭火区域来看，早期的消防气体主要针对舱级，目前可以做到簇级以及PACK级，灭火方式也从一次喷射到多段喷射，这些措施是否行之有效，可能有待验证。火灾探测方式上，在早期的烟温感基础上增加了可燃气体探测，现在有一些示范应用在声、光、力等传感器方面进行了探索，这些都是为了与现有探测手段进行互补，以期实现更好的火灾早期预警效果。

  最后是集成技术的发展，早期储能系统规模没有这么大，单个40英尺集装箱安装2.5兆瓦时是常规方案；后面发展为采用20英尺外维护集装箱安装3.44兆瓦时电池是主流方案；现在采用314Ah电池的20英尺已经做到了5兆瓦时的容量，能量密度的提升非常明显。另外交直流设备的组合方式也有很大的不同，早期因为项目容量小，交直流集成在一个集装箱内是普遍现象，和储能户外柜也比较类似，可以减少了设备成本和占地面积；现在项目的体量不断变大，所以很多项目的交直流设备是分仓布置的。

  我们在锂电池储能可靠性方面重点打造了两个能力，一个是仿真能力，另一个是应用技术能力，我们在电芯、电池包、储能系统方面有大量仿真的实例，也有一些非常有经验的工程师，推出了一些具有代表性的优秀产品。

  下面是我们结构上的仿真内容展示。以及热管理方面，这是一个液冷系统，当然是一个模拟的图示。消防这边我们对舱体、水消防等内容也做了大量的研究。以下是我们储能产品的三个技术平台，首先是集装箱式储能，还有应用于工商业企业的户外柜式储能，第三个是家庭储能。我们在拥有储能电芯的基础能力上打造形成了三款标准的液冷PACK产品和一款标准的风冷PACK产品，可以通过不同的组合方案，从而更接近客户最真实的容量需求；另外在后期可能长达十几年甚至二十年长周期的使用寿命上我们也能结合标准化产品提供更全面更持久的运维服务。

  系统级产品上，我们目前形成了45英尺、20英尺、40英尺几款标准尺寸的集装箱储能产品，在高安全、长寿命、多场景应用以及高度集成化几个方面打造我们的优势。户外柜储能产品的容量规格比较多，从143度电到573度电都已形成了成熟应用。

  下面向各位来宾介绍一下冠宇电池的情况，我们从1998年开始涉足锂电池的研发制造，在电池行业深耕多年，2021年在科创板上市，去年的营收是109.7亿元。目前公司在全球智能手机电池出货量占比为7%，全球排名第5，笔记本电脑电池出货量占比为31%，全球排名第2，这个是去年披露的年报数据，今年还有一个稳步的提升。

  我们在全球布局有4个产业园，15家子公司，19个独立车间。我们国内的生产的布局包含珠海总部基地，浙江储能动力总部基地，在重庆布局了电池和PACK生产基地。

  以下是冠宇的企业发展历程，1998年开启锂离子电池研发；2007年建立珠海总部工厂；2010年成为笔记本第一品牌的供应商；2011年我们在竞速电摩上提供了完整的电池解决方案；2015年我们成为全球第五名的聚合物锂电池供应商；2018年重庆工厂正式投运；2020年成为全球第二的聚合物锂电池供应商，也是当年获得针对高可靠长寿命锂离子电池关键技术及产业化应用的国家科学进步二等奖，这个也是行业对我们的认可；2021年成功在科创板上市，也是在当年营收首次突破百亿；2022年浙江工厂正式投运。

  下面是我们2017-2022年的营收情况，随着营收的不断增长，我们在研发端的投入也在不断加强，从去年数据看到，我们的研发营收占比7.14%，今年有望再上一个台阶。目前我们研发人员超过两千四百多人，申请专利数量超过三千项，已授权国内外专利超过一千三百多项。我们的产品出口全球非常多的国家，所以相关认证比较全面。

  在产学研方面我们和国内外知名高校有很深的合作，因为我们是一家以技术立足的企业，所以技术上的投入一直都是非常的稳定。产品服务质量上，我们在十多二十多年的生产中，始终保持着零重大安全事故、零召回事件的纪录。

  另外我们也是工信部列出的国家制造业单项冠军，下面是冠宇的一些荣誉介绍。在社会责任上，冠宇将可持续发展管理理念融入业务运营中，致力于构建可持续发展管理体系，目前也是工信部认可的国家绿色工厂。

  以上是我的报告内容，谢谢大家。

【责任编辑:孟瑾】