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技术讨论|如何看待特斯拉储能系统Mega Pack的几次火灾?

汽车电子设计 | 汽车行业方面技术的意见领袖 2022/09/23 13:47

特斯拉又起火了,这是Mega Pack的问题,我们来看一下特斯拉目前在Power Wall和Mega Pack的整体走量。随着在美国的部署,也有点像韩国这边开始屡次起火了,这个事情我觉得还是有这么几个影响:

化学体系转换: 特斯拉的储能,也开始从三元开始转往磷酸铁锂,一方面是成本考虑,一方面是寿命和安全考虑。

安全系统提升: 从韩国的储能系统火灾开始,储能系统的安全就一直摆在我们面前,由于无人化的设置,这个问题没有人员事故,但是屡次的火灾也会进一步加强对于安全的追求。

虽然出了一些安全问题,但是总体来看,储能业务目前已经开始成为新的增长引擎,是锂电池非常重要的一个支撑业务单元。将来一方面和动力电池抢资源,但也是电池企业一个重要的对冲业务版图。

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▲图1. 特斯拉的储能事故和收入

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Part 1

特斯拉储能系统事故和结构分析

特斯拉的储能部署来看,这个数据一直在往上走,从产品结构来看,主要分为Tesla Power Wall、Power Pack和Mega Pack,面向个人、个体企业和能源运营企业。

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▲图2. 特斯拉的储能部署

特斯拉的储能系统火灾,特斯拉的历次储能事故的情况主要包括美国和澳大利亚的这两次。

9月加利福尼亚州蒙特雷县PG&E运营的一个Mega Pack电池项目中起火。4月PG&E启动了 Elkhorn 特斯拉 Megapack 项目。256个Tesla Megapack 电池单元组成,总容量为730MWh。

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▲图3. 特斯拉的Mega Pack

如果我们再来看特斯拉设置的MegaPack的安全设计,确实涵盖了电芯,模组和系统层面的内容。

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▲图4. MegaPack的安全设置

储能电站事故致从大的方面来看,可以归类为电池系统缺陷、电气故障的保护系统冗余度不够、运营环境管理不足、储能系统综合管理体系欠缺。

电池考虑: 这一般是由电池热失控引发的,娘胎里面带出来的电池制造过程的瑕疵以及电池老化带来的储能系统安全性退化两方面,由于特斯拉的小电池和脱开机制,这种情况不算多。

外部激源因素: 主要包括绝缘失效造成的电流冲击及外部短路等问题,也包括除电池外部件高温产热造成的热冲击,以及某电池热失控后触发的热失控蔓延过程。

运行环境因素: 别看储能是小电流的,实际上运行环境管理比较复杂,如果管理不当将逐渐影响电池及系统的可靠性。

还有就是整个数字化运营的情况。

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Part 2

储能系统的安全迭代

特斯拉从安全和寿命来看,也确实在从三元小电芯往磷酸铁锂大电芯方面切换。Powerwalls、Powerpacks 和 Megapacks 都将使用磷酸铁锂电池。

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▲图5.变为LFP以后MegaPack变为3.9 MWh,从2.6MWh增加了近 50%

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▲图6.Power Wall也要迭代到下一代

第一代储能设计:内置模组的设计,使用NCA 18650电芯类似Model S的模组一样并排放置,导入水冷管走箱体两侧,电子部分包括变换器与BMS布置在前段隔间内。

而随后演变类似无模组的方案,把电芯全部做成一个大块,通过灌封的模式。右边是新的设计,在系统层面取消了水冷的方案,直接把电池摆在一起然后整体粘接在一起。

再到现在,导入国内的磷酸铁锂方壳电池方案。

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▲图7.特斯拉的设计逐渐吸收中国电池设计的特点

小结:从现在来看,储能的发展有这么几个初步结论:

1. 高能量密度的电芯也客观上无法承担更高的滥用性,在中国的大储能尝试经验中,从寿命和安全的角度来看,采用耐受力更强的磷酸铁锂是一种好的方案。

2. 在多数情况下,大电芯在储能领域比小电池存在天然的优势,储能的倍率情况要比汽车小很多,所以走大电芯路线,从效能、成本和特性来看都比较有利。

3.导入综合的热管理对磷酸铁锂非常有帮助,维持稳定的温度,是储能寿命保证的关键。在极端情况下,对磷酸铁锂的极速降温也会延缓潜在的热安全事故。

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