锂离子电池安全：有效的长期策略

首先让我们明确一点——锂离子电池可以是安全的。

  每年生产数十亿个锂离子电芯，并且这个数字在未来十年还将继续增长。对于如此大量的电芯，任何其他电子类设备都会发生故障。因此，面临的挑战实质上是在事件发生之前尽早解决这些表现不佳的电芯。

  对储能系统，可以应用不同层次的安全管理。虽然电芯和系统制造商通过其中的一些概念来监控电芯和系统安全，但运营商也可以通过使用专门的电池分析来确保其系统安全。

  那么，锂离子电芯制造商、系统开发商和运营商可以做些什么来减少故障并确保安全呢？维持安全可靠的电池系统需要三层。

  第一层：生产质量控制和老化测试

  第二层：电池管理系统

  第三层：让云发挥作用

  这三层类似于拉力赛，我们需要一辆可靠的汽车、一名驾驶员和一名副驾驶。

  第一层：生产质量控制和老化测试

  电池可以被视为拉力赛车。对于拉力赛，我们需要一辆可靠的高品质汽车。

  然而，电芯制造商无法保证每个电池 100% 的质量。因此，质量测试在防止锂电池故障的传统方法中起着至关重要的作用。

  生产后进行下线测试，看看电芯是否符合给定的质量标准。但这些测试通常不是很彻底，它们可以从众多测试中筛选出明显的坏苹果。生产后不久，通常使用初始容量或阻抗测量等分析来帮助识别有缺陷的电芯。

  认证测试对于每种产品都至关重要，因为它们必须从法律角度进行。在这些测试中，必须进行标准化测试，并且制造商必须证明与安全相关的行为。

  为了了解电池的老化行为，日历测试和循环测试都在规定的实验室测试中进行了数月和数年。然而，这些测试需要时间、成本高昂、仅仅控制了电池的某些部分，并且对于现场部署的系统来说不可扩展。我们道路上、家里或连接到电网的电池所经历的环境条件和负荷曲线与实验室测试的电池不同。

  生产质量测试仅评估特定时间点，这就是需要额外安全层的原因。

  第二层：电池管理系统

  电池管理系统 (BMS)可以被视为专注于道路并持续保持汽车在赛道上安全的拉力赛车手。然而，他们需要更多的时间和资源来看到更大的前景。

  BMS 使电池保持在预期的安全运行范围内，并最大限度地减少单只电芯故障对受影响电池组或模组的影响。他们通过以下方式做到这一点：

  测量电池的电压、电流和温度

  计算和监控荷电状态 (SOC)

  将电芯平衡到相同的电压水平以确保安全运行

  如果值接近边缘值或超过边界条件，BMS 应通过改变操作或关闭电池系统使系统进入安全状态。BMS 是一种被动但必要的安全措施。

  不幸的是，BMS 也有缺点：

  只看到现在的状况

  只能看到相应电池组内的电芯

  计算能力有限并遵循简单的规则

  由于这些限制，BMS 无法检测指定值范围内发生的与安全相关的异常，无法运行深度分析以更准确地计算电池状态，也无法预测长期趋势。正如之前的事件所表明的那样，BMS 的局限性可能会导致锂离子电池故障，从而使公司面临风险。这也增加了评估安全风险的复杂性，因为除了电池的制造质量之外，还需要考虑BMS的质量。传感器可能会发生故障，从而导致安全关键事件。传感器质量和计算能力可能会得到改进，从而导致成本更高。但问题仍然存在：如果 BMS 监视电池，那么谁监视 BMS？

  第三层：让云发挥作用

  基于云的电池分析可以被视为拉力赛车的副驾驶，确保正确的路线和策略。BMS 专注于眼前的问题，而云则负责全局。

  基于云的分析为 BMS 添加了额外的安全层。BMS 数据收集在云端，创建一个历史数据库，可以对电池系统在现实条件下运行和充电时的行为进行更深入、更高级的分析。该分析使用基于物理的电池模型和机器学习来确定和预测电池老化和安全性。与 BMS 相比，云分析是一种预防性安全措施，因为它们可以分析长期健康趋势并检测异常情况。这一点非常重要，因为如果 BMS 将电池在其整个生命周期内保持在其预期值范围内，甚至可能会发生安全关键的老化机制。

  BMS与云分析在电池安全方面的关系

  借助电池分析软件，业主和运营商可以：

  每天跟踪运行期间以及所有系统和供应商的电池老化情况

  分析电池行为以获得多个早期检测指标

  比较不同的系统并检测异常

  启用预防性安全措施

  准确评估每项电池资产的风险

  电池分析软件为 BMS 和生产质量测试添加了重要的安全层，并提供急需的商业智能来评估和降低整个电池生命周期的风险。

  可靠、安全的操作需要三个安全层，每个安全层涵盖不同的方面。其中包括用于初始安全的高生产质量、用于短期安全的可靠电池管理操作以及用于长期和战略安全的云分析。