Welche häufigen Fehler treten während des Betriebs von Geräten im Zusammenhang mit industrieller und gewerblicher Energiespeicherung auf?

Als wichtiger Bestandteil des neuen Energiesystems hängt die stabile Betriebsführung von kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen direkt mit der Energieeffizienz und den wirtschaftlichen Vorteilen der Unternehmen zusammen. Mit dem rasanten Anstieg der installierten Leistung von kommerziellen und industriellen Energiespeichern ist die Ausfallrate der Ausrüstung zu einem Schlüsselfaktor für die Rendite der Investitionen geworden. Laut Daten des China Electricity Council erreichte der Anteil unplanmäßiger Stillstände von Energiespeicheranlagen im Jahr 2023 mehr als 57 %, wobei über 80 % davon durch Probleme wie Gerätefehler, Systemanomalien und umfangreiche Integration verursacht wurden. In meinen Jahren an praktischer Erfahrung in der Frontlinie bei kommerziellen und industriellen Energiespeichern habe ich mit verschiedenen Systemausfällen zu tun gehabt. Nun werde ich die gängigen Fehlertypen, deren Ursachen und Lösungen jedes Subsystems von kommerzieller und industrieller Energiespeicherausrüstung systematisch analysieren, um praktische Anleitung für die Betriebs- und Wartungsarbeit zu geben.

1. Gängige Fehler und Ursachenanalyse von Batteriesystemen

Das Batteriesystem, als zentrale Energiespeichereinheit des Energiespeichersystems, beeinflusst seine Fehler direkt die Gesamtleistung des Systems.

1.1 Batteriealterung

Batteriealterung ist einer der häufigsten Fehlertypen in kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen, die sich hauptsächlich durch Zykluslebensdauerabbau, erhöhten internen Widerstand und abnehmende Energiedichte äußern. In meinen Vor-Ort-Untersuchungen, basierend auf Daten aus 2023, beträgt die Kapazitätsabnahme von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien nach einem 2,5-jährigen Dienstzyklus 28 %, während die von Dreifach-Lithium-Batterien 41 % erreicht, was weit über den Erwartungen der Branche liegt. Diese Abnahme wird hauptsächlich durch Faktoren wie das Altern des Batteriematerials, Veränderungen in der Elektrodenstruktur und die Zersetzung des Elektrolyten verursacht, was zu einer Verringerung der Energiespeicherkapazität der Batterie und einer Reduzierung der Gesamteffizienz des Systems führt.

1.2 Thermischer Runaway

Thermischer Runaway ist der gefährlichste Fehlertyp im Batteriesystem. Sobald er auftritt, kann er zu Bränden oder sogar Explosionen führen. In meiner Erfahrung bei der Behandlung von Notfällen wird thermischer Runaway normalerweise durch ungewöhnliche Temperaturgradienten verursacht. Wenn die interne Temperatur der Batterie 120°C überschreitet, kann eine Kettenreaktion ausgelöst werden. So wurde beispielsweise in einem kommerziellen und industriellen Energiespeicherprojekt, an dem ich beteiligt war, der Temperaturunterschied des Batteriemoduls 15°C, was den BMS-Schutzmechanismus auslöste und zum Abschalten des Systems führte. Die Auslöser für thermischen Runaway sind Überladung, Überentladung, externe Kurzschlüsse, interne Mikrokurzschlüsse und mechanische Schäden. Davon ist die Unstimmigkeit innerhalb der Batterie der Haupt-Risikofaktor.

1.3 Oxidation und Korrosion von Batterieklemmen

Die Oxidation und Korrosion von Batterieklemmen sind gängige, aber leicht übersehene Fehler in kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen. In feuchten Umgebungen, die ich oft in Küstenprojekten erlebt habe, neigen Batterieklemmen zur Oxidation, was zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führt, was wiederum lokale Überhitzung und thermischen Runaway verursachen kann. So erschien beispielsweise während des "Südfeuchtigkeitsrückgangs" in Guangdong eine große Menge kondensierter Feuchtigkeit in einigen Energiespeicherschränken, was zur Oxidation der Klemmen und häufigem Systemabschalten führte. Darüber hinaus sind die Leckage des Elektrolyten und die Gasbildung innerhalb der Batterie ebenfalls gängige Fehler, die zu einer Verschlechterung der Batterieleistung und Sicherheitsrisiken führen können.

2. Gängige Fehler und Ursachenanalyse des Batteriemanagementsystems (BMS)

Das BMS ist das "Gehirn" des Energiespeichersystems, das für die Überwachung, den Schutz und die Verwaltung des Batteriezustands zuständig ist.

2.1 Kommunikationsfehler

Kommunikationsfehler sind das häufigste Problem des BMS, das 34 % der BMS-bezogenen Fehler ausmacht. In meiner täglichen Debug-Arbeit zeigen sich Kommunikationsfehler hauptsächlich darin, dass das BMS nicht normal mit dem übergeordneten System interagieren kann, Batteriezustandsdaten nicht übertragen oder Steuerbefehle nicht empfangen kann. Dies wird normalerweise durch Faktoren wie CAN-Bus-Störungen, schlechten Kontakt der Klemmen und Protokollinkompatibilität verursacht. So war beispielsweise in einem kommerziellen und industriellen Energiespeicherprojekt das Kommunikationsprotokoll zwischen BMS und PLC inkompatibel, was dazu führte, dass die Lade- und Entladebefehle nicht korrekt ausgeführt werden konnten und die Systemeffizienz um mehr als 20 % sank.

2.2 SOC/SOH-Schätzabweichung

Die SOC/SOH-Schätzabweichung ist ein weiterer häufiger Fehler des BMS. In Projekten, an denen ich teilgenommen habe, führt ein SOC-Schätzfehler von mehr als 8 % dazu, dass die Ladung zu früh oder zu spät beendet wird, was die Batterielebensdauer und die Systemeffizienz beeinträchtigt. Die SOC-Schätzabweichung wird hauptsächlich durch Faktoren wie Temperaturbeeinflussung, Batterieunstimmigkeit, unzureichende Genauigkeit des Stromsensors und algorithmische Mängel verursacht. So war beispielsweise in einem Energiespeicherprojekt in einer heißen Umgebung der SOC-Schätzfehler des BMS so hoch wie 12 %, was dazu führte, dass die Batterie nicht vollständig genutzt wurde und die Einnahmen erheblich beeinträchtigt wurden.

2.3 Firmware-Versionskonflikte und Softwarefehler

Firmware-Versionskonflikte und Softwarefehler sind ebenfalls häufige Probleme des BMS. Mit der Verbesserung der Intelligenzniveaus von Energiespeichersystemen nimmt die Komplexität der Software zu, und Softwarevulnerabilitäten und Kompatibilitätsprobleme treten zunehmend in den Vordergrund. So gab es beispielsweise bei Tesla Model 3 einmal eine Situation, in der die BMS-Firmwareversion V12.7.1 mit dem Steuerungssystem inkompatibel war, was zu abnormalem Laden für 12 % der Fahrzeugbesitzer führte. Darüber hinaus sind die Degradation der BMS-Sensorpräzision und unregelmäßige Datensammlung ebenfalls häufige Fehler, die durch Faktoren wie Sensoralterung, elektromagnetische Störungen und Signalübertragungsprobleme verursacht werden können.

3. Gängige Fehler und Ursachenanalyse des Leistungs-Konvertiersystems (PCS)

Das PCS ist die Kernausrüstung für die elektrische Energiekonvertierung im Energiespeichersystem, die für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt zuständig ist.

3.1 Effizienzverlust

Effizienzverlust ist das häufigste Problem des PCS, das sich hauptsächlich durch eine Verringerung der Lade- und Entlade-Wandlereffizienz äußert. In den tatsächlichen Messarbeiten, die ich durchgeführt habe, ergaben Testdaten, dass die durchschnittliche Lade-Wandlereffizienz traditioneller zweistufiger PCS 95 % (bei Lasten über 30 %) und die Entlade-Wandlereffizienz 96 % (bei Lasten über 30 %) beträgt; während PCS, die T-Typ-Dreistufeninverters verwenden, eine durchschnittliche Lade-Wandlereffizienz von 95,5 % (bei Lasten über 30 %) und eine Entlade-Wandlereffizienz von 96,5 % (bei Lasten über 30 %) aufweisen. Der Effizienzverlust wird normalerweise durch Faktoren wie das Altern von IGBT/MOSFET-Modulen, mangelnde Wärmeableitung und unangemessene Steuerstrategien verursacht. So wurde beispielsweise in einem kommerziellen und industriellen Energiespeicherprojekt das PCS über lange Zeit bei hohen Temperaturen betrieben, was zum Altern der IGBT-Module, einer Effizienz unter 93 % und einem Einnahmeverlust von 15 % führte.

3.2 Überlastschutzversagen

Überlastschutzversagen ist ein weiterer häufiger Fehler des PCS, der zu Geräteschäden oder sogar Bränden führen kann. In den Fällen, in denen ich mit Fehlern zu tun hatte, wird Überlastschutzversagen normalerweise durch Faktoren wie unangemessenes Design des Schutzkreises, Degradation der Sensorpräzision und Steuerlogikfehler verursacht. So konnte beispielsweise in einem Energiespeicherprojekt der PCS beim plötzlichen Lastanstieg nicht rechtzeitig den Überlastschutz auslösen, was zu einer Kondensatorverbrennung führte, das System war zwei Tage außer Betrieb, und der Verlust betrug über 100.000 Yuan. Darüber hinaus sind Inverterfehler, übermäßige Harmonische und instabile Ausgangsspannung/Strom同样是电力储能系统中常见的问题，这些问题可能由组件老化、散热不良和控制算法缺陷等因素引起。 **3.3 抗腐蚀等级不足** 抗腐蚀等级不足是商业和工业储能系统中功率转换系统（PCS）的一种特殊故障，尤其是在沿海或高湿度地区。在我参与的广东项目中，抗腐蚀等级不足会导致PCB板腐蚀、接线端子氧化以及组件性能下降。例如，在广东的一个商业和工业储能项目中，由于PCS的抗腐蚀等级不足，在“回南天”期间，PCB板被腐蚀，导致多通道信号异常，系统无法正常运行。 **4. 温控系统的常见故障及原因分析** 温控系统是确保储能系统安全运行的关键，主要分为风冷和液冷方案。 **4.1 散热不良** 散热不良是温控系统最常见的问题，可能导致电池温度升高、效率降低和寿命缩短。在我参与的热管理项目中，研究表明，电池温度每升高10°C，其循环寿命将缩短约50%。散热不良通常由散热器积尘、风扇故障、不合理风道设计和环境温度过高等因素引起。例如，在一个商业和工业储能项目中，由于散热器积尘，电池温度超过45°C，触发了BMS保护，系统效率降低了18%，年收入减少了约8万元。 **4.2 液冷系统泄漏** 液冷系统泄漏是温控系统中最危险的故障之一。泄漏不仅会导致冷却液不足，影响散热效果，还可能导致电池短路和电气故障。在我进行的液冷系统维护工作中，液冷系统泄漏通常由密封老化、管道振动破裂和连接松动等因素引起。例如，在一个LNG接收站的储能柜中，由于液冷管道密封老化，发生了冷却液泄漏，柜内出现大量凝结水，系统频繁停机。根据测试数据，PTFE密封件在室温下的硬度从65 Shore D增加到-70°C时的85 Shore D，压缩回弹率下降40%，这是泄漏的主要原因。 **4.3 温度控制不均** 温度控制不均是液冷系统中的常见问题，可能导致电池组内部一致性恶化。在我参与的液冷系统设计项目中，温度控制不均通常由液冷管道设计不合理、流量分布不均和控制算法缺陷等因素引起。例如，在一个商业和工业储能项目中，液冷管道设计不合理导致电池组温差超过10°C，加速了电池老化，系统寿命缩短了30%。 **5. 能量管理系统（EMS）的常见故障及原因分析** EMS是储能系统的“指挥官”，负责系统运行策略优化和能量调度。 **5.1 算法缺陷** 算法缺陷是EMS最常见的问题，可能导致充放电策略不合理，收入减少。在我参与的能量管理优化项目中，例如在一个商业和工业储能项目中，EMS算法缺陷导致在电价频繁波动时无法准确预测最佳充放电时机，年收入减少了约15%。算法缺陷通常由模型不准确、历史数据不足和参数设置不合理等因素引起。 **5.2 通信中断** 通信中断是EMS的另一个常见故障，可能导致系统无法接收上级命令或上传运行数据。在我进行的通信调试工作中，通信中断通常由协议不兼容、网络干扰和硬件故障等因素引起。例如，在一个商业和工业储能项目中，EMS与电网调度系统的通信协议不兼容。当电价实时变化时，充放电策略无法及时调整，套利收入减少了20%以上。此外，数据安全漏洞也是EMS的常见问题，可能导致系统攻击或数据泄露。根据2023年的数据，与MOVEit攻击相关的三起数据泄露事件位列十大数据泄露事件之列，影响人数超过一百万。 在实际商业和工业储能系统的运维中，我们一线从业人员需要准确识别这些故障类型，深入理解其原因，并采取针对性的解决方案。只有这样，才能确保系统的稳定运行，提高能源利用效率，帮助企业实现更好的经济效益，同时为新电力系统的建设做出贡献。