Welche Aspekte werden bei der Prüfung von gewerblichen und industriellen Energiespeichern abgedeckt

Als Frontline-Tester arbeite ich täglich mit industriellen und kommerziellen Energiespeichersystemen. Ich kenne aus erster Hand, wie entscheidend deren stabile Betriebsweise für Energieeffizienz und Geschäftswirtschaftlichkeit ist. Während die installierte Kapazität rasant wächst, bedrohen Geräteausfälle zunehmend die ROI—über 57 % der Energiespeicheranlagen meldeten unplanmäßige Ausfälle im Jahr 2023, wobei 80 % auf Gerätefehler, Systemanomalien oder schlechte Integration zurückzuführen waren. Im Folgenden teile ich praktische Testeinsichten für die fünf Kern-Subsysteme (Batterie, BMS, PCS, thermisches Management, EMS) und das dreistufige Inspektionsrahmenwerk (tägliche Prüfungen, regelmäßige Wartung, tiefgehende Diagnose) mit, um Kollegen zu helfen.

1. Praktiken für die Tests der Kern-Subsysteme
1.1 Batteriesystem: Das "Herz" des Energiespeichers

Batterien sind das Energierückgrat und erfordern umfassende Tests in drei Dimensionen:

(1) Elektrochemische Leistungstests

• Kapazitätstest: Folgen Sie GB/T 34131—Entladung bei 0,2C bis zum Abschaltspannung (25±2℃), vergleichen Sie die tatsächliche mit der Nennkapazität, um die "Ausdauer" zu bewerten.

• Innere Widerstandstests: Verwenden Sie AC-Injektion (1kHz-Sinusschwingung, am repräsentativsten, aber anfällig für Störungen), AC-Entladeleitfähigkeit oder DC-Entladeverfahren. Ich empfehle, die AC-Injektion durch Kalman-Filterung zu verbessern, um Rauschen zu reduzieren und Genauigkeit zu erhöhen.

• SOC/SOH-Monitoring: Kombinieren Sie Ampere-Stunden-Integration, Leerlaufspannung und elektrochemische Impedanzspektroskopie. Die modifizierte Ampere-Stunden-Integration (Berücksichtigung von Temperatur und Ladungs-/Entladezuständen) hält SOC-Fehler <1%.

(2) Sicherheitsleistungstests

• Thermischer Durchschlagtest: Folgen Sie UL 9540A&mdash;Testen Sie auf Zell-, Modul- und Systemebene, um das thermische Durchschlagsverhalten und die Gasverbrennungseigenschaften zu charakterisieren (entscheidend für Gefährdungsabschätzung).

• Überladungs/Überentladungstests: Simulieren Sie extreme Bedingungen gemäß GB/T 36276, um Sicherheitsschwellen zu überprüfen.

• Kurzschutztest: Simulieren Sie direkte externe Kurzschlüsse, um Schutzreaktionen zu validieren (ein Muss für Systemsicherheit).

(3) Physische Zustandstests

• Visuelle Prüfung: Überprüfen Sie auf Gehäusedeformationen, Lecks und lesbare Kennzeichnungen (kleine Details bergen große Risiken).

• Steckerverbindungstests: Prüfen Sie auf Oxidation, Korrosion oder Lockerung; messen Sie den Kontaktwiderstand (schlechte Verbindungen verursachen Betriebsausfälle).

• Schutzgrad (IP)-Tests: Folgen Sie GB/T 4208, um Zuverlässigkeit in harten Umgebungen (Staub, Feuchtigkeit usw.) sicherzustellen.

1.2 BMS: Das "Gehirn" der Batteriemanagement

BMS überwacht und schützt Batterien&mdash;fokussieren Sie sich auf Kommunikation, Zustandsabschätzung und Schutz:

(1) Kompatibilitätstests für Kommunikationsprotokolle

BMS muss über Protokolle wie Modbus/IEC 61850 mit PCS/EMS integriert werden. Verwenden Sie CAN-Analysatoren (z.B. Vector CANoe) und Protokollkonverter, um folgendes zu testen:

• Verzögerung: &le;200ms

• Erfolgsquote: &ge;99%

• Datenintegrität: Keine Datenverluste/Korruption.

Ich verwende endlich-staatliche Maschinen (FSM)-basierte Testfallgenerierung, um alle Kommunikationsszenarien abzudecken.

(2) Validierung der SOC/SOH-Algorithmen

Sorgen Sie dafür, dass SOC-Fehler &le;&plusmn;1% und SOH-Fehler &le;&plusmn;5% (GB/T 34131) betragen:

• Offline-Kalibrierung: Vergleichen Sie BMS-Schätzungen mit labormäßig gemessenen Kapazitäten/Inneren Widerständen

• Online-Tests: Simulieren Sie realistische Lade- und Entladezyklen.

• Batteriesimulatoren und BMS-Schnittstellensimulator automatisieren dies zur Effizienzsteigerung.

(3) Zellenbalanciertests

• Aktive Balancierung: Simulieren Sie Zellenungleichheiten, um BMS-Strategien zu validieren.

• Passive Balancierung: Verfolgen Sie langfristige Ungleichheitstrends.
  Nutzen Sie die Ergebnisse, um zu beurteilen, ob die Balancierung den Systemanforderungen entspricht.

(4) Sicherheitsschutztests

Lösen Sie Überladung, Überentladung und thermischen Schutz aus:

• Beispiel: Überladungstest&mdash;laden Sie eine vollständig geladene Batterie weiter, um zu überprüfen, ob das BMS den Stromkreis trennt.
  Es müssen die Anforderungen von GB/T 34131 erfüllt sein.

1.3 PCS: Der "Energieknotenpunkt" für Energieumwandlung

PCS konvertiert AC/DC&mdash;testen Sie Effizienz, Schutz und Netzqualität:

(1) Effizienztests

Erfüllen Sie GB/T 34120 (&ge;95% Effizienz bei Nennleistung):

• Eingabe-Ausgabe-Vergleich: Messen Sie die Leistung an beiden Enden, um die Effizienz zu berechnen.

• Lastprofilierung: Testen Sie über verschiedene Lasten, um Effizienzkurven zu erstellen.
  Verwenden Sie hochpräzise Analysatoren (z.B. Fluke 438 - II) bei 25&plusmn;2℃ für Genauigkeit.

(2) Schutztests

Validieren Sie Überlast (110% Nennlast), Kurzschluss- und Überspannungsauslöser. Es müssen die Anforderungen von GB/T 34120 erfüllt sein.

(3) Harmonische Analyse

Sorgen Sie dafür, dass THD &le;5% (GB/T 14549/GB/T 19939) beträgt:

• Direkte Messung: Verwenden Sie Netzqualitätsanalysatoren (z.B. Fluke 438 - II), um Wellenformen zu testen.

• FFT-Analyse: Berechnen Sie harmonische Amplituden aus Stromsignalen.

• Testen Sie über verschiedene Lasten und Betriebsbedingungen.

(4) Ausgangsstabilitätstests

Messung der Spannungs-, Frequenz- und Leistungsfaktorstabilität unter variierenden Lasten. Verwenden Sie hochpräzise Oszilloskope/Analysatoren, um die Einhaltung zu überprüfen.

1.4 Thermisches Managementsystem: Der "Kühlwächter"

Erhält die optimale Batterietemperatur&mdash;testen Sie Kühlung, Temperaturkontrolle und Robustheit:

(1) Kühlleistungstests

• Luftgekühlte Systeme: Testen Sie Filterverstopfung (Druckabfall) und Ventilatorlebensdauer (Schwingungsanalyse).

• Flüssigkeitsgekühlte Systeme: Testen Sie Rohrdruck (hydraulische Sensoren) und Kühlmittelströmung (Strömungsmesser).
  Es müssen die Anforderungen von GB/T 40090 erfüllt sein. Beispiel: CATL verwendet modifizierte K-Means-Clustering + Wavelet-Denoising, um SOH mit <3% Fehler vorherzusagen.

(2) Präzisionstests der Temperaturkontrolle

• Gleichmäßigkeit: Setzen Sie Sensoren über den gesamten Batterieblock ein, stellen Sie sicher, dass max &Delta;T &le;5℃ (GB/T 40090; flüssigkeitsgekühlte Systeme zielen auf &le;2℃).

• Reaktionszeit: Messen Sie die Zeit, um die Temperatur nach Umweltänderungen zu stabilisieren.

(3) Robustheitstests

Führen Sie IP (GB/T 4208), Schwingung (GB/T 4857.3) und Salzspray (GB/T 2423.17) Tests durch. Kritisch für extreme Umgebungen (z.B. Huaweis Rotmeer-Projekt nutzt verteilte Kühlung für 50℃ Bedingungen).

(4) Leckdetektion (nur flüssigkeitsgekühlt)

• Fluoreszenzspure: Fügen Sie Farbstoff hinzu, inspizieren Sie mit UV-Licht.

• Drucktest: Pressurisieren Sie Leitungen, um Dichtungen zu überprüfen.

• Stellen Sie sicher, dass es keine Lecks gibt und der Kühlmittel Druck stabil ist.

1.5 EMS: Der "Kommandeur" der Energiemanagement

Optimiert Betrieb und Abfertigung&mdash;testen Sie Algorithmen, Kommunikation und Sicherheit:

(1) Genauigkeitstests der Algorithmen

Validieren Sie Lastprognosen, Lade- und Entladeoptimierung und Wirtschaftlichkeit:

• Historische Rücktests: Verwenden Sie vergangene Daten, um Modelle zu überprüfen.

• Live-Tests: Validieren Sie mit Echtzeitbetrieb.

• Beispiel: CATLs KI verkürzt die Fehlersuchzeit um 7 Tage, steigert die Effizienz um 3% und reduziert Verluste um 25%.

(2) Kompatibilitätstests für Kommunikationsprotokolle

Stellen Sie sicher, dass IEC 61850/Modbus (IEC 62933 - 5 - 2) unterstützt wird:

• Konformitätstests: Überprüfen Sie die Einhaltung von Standards.

• Interoperabilitätstests: Testen Sie die Integration mit BMS/PCS.

(3) Datensicherheitstests

Validieren Sie SM4-Verschlüsselung, Zugriffskontrolle und Integrität (gemäß nationalen Verschlüsselungsstandards):

• Verschlüsselung: Testen Sie SM4-Schlüsselaustausch.

• Zugriffskontrolle: Überprüfen Sie die Durchsetzung von Benutzerberechtigungen.

• Integrität: Stellen Sie sicher, dass es keinen Datenverlust/Datenkorruption während des Transports/Lagers gibt.

(4) Reaktionszeittests

Stellen Sie sicher, dass die Systemreaktionszeit &le;200ms (GB/T 40090) beträgt, um Netzanforderungen zu bewältigen. Lösen Sie EMS-Aktionen aus und messen Sie die Latenz.

2. Dreistufiges Inspektionsrahmenwerk
2.1 Tägliche Prüfungen (schnelle Fehlererkennung)

Werden pro Schicht durchgeführt, um Probleme frühzeitig zu erkennen:

• Umfang: Batterietemperatur/Spannung/SOC, BMS-Kommunikation, PCS-Parameter, thermische Kühlung, EMS-Daten.

• Werkzeuge: Thermokameras, Multimeter, Oszilloskope, Kommunikationstester.

• Fokus: Systemstatus und Anomalien&mdash;beheben Sie Probleme sofort.

2.2 Regelmäßige Wartung (präventive Pflege)

Geplant, um die Lebensdauer zu verlängern:

• Umfang: Batterieinnerer Widerstand (AC-Injektion), BMS-Firmware-Updates/SOC-Kalibrierung, PCS-Effizienz/Harmonische, thermisches Systemdichtungen/IP, EMS-Algorithmus-Updates/Sicherheitsprüfungen.

• Werkzeuge: Spezialisierte Widerstandsmesser, CAN-Analysatoren, Leistungsanalysatoren, Verschlüsselungswerkzeuge.

• Rhythmus: Anpassen an die Ausrüstung (z.B. vierteljährliche Batterietests, halbjährliche BMS-Updates).

2.3 Tiefgehende Diagnose (Grundursachenanalyse)

Wird durch wiederkehrende Probleme ausgelöst (z.B. häufige thermische Durchschlagwarnungen, BMS-Kommunikationsausfälle):

• Umfang: Thermischer Durchschlag (UL 9540A), BMS-Fehlersuche, PCS-Schutz/Effizienz-Tiefengänge, thermisches System-Leck/Schwingungstests, EMS-Algorithmus-Validierung/Sicherheitsscans.

• Werkzeuge: Thermischer Durchschlagkammern, Schwingungsanalysatoren, Verschlüsselungsscanner, Fehlerspritzen.

• Ziel: Identifizieren Sie Grundursachen für gezielte Reparaturen/Aufwertungen.

3. Best Practices: Standardisierung, datengetriebene Tests, Prävention
3.1 Standardisierung

Folgen Sie IEC 62933 - 5 - 2/GB/T 40090 - 2021:

• Prozess: Definieren Sie Vorbereitung (Umfang, Werkzeuge, Umgebung), Durchführung (Testing + Datenerfassung) und Analyse (Berichterstattung).

• Berichte: Beinhalten Sie Gerätespezifikationen, Testbedingungen, Daten, Ergebnisse und Empfehlungen (gemäß GB/T 40090-Anforderungen für Nachvollziehbarkeit).

3.2 Datengetriebene Tests

Bauen Sie eine einheitliche Datenpipeline (Batterietemperatur, Spannung, SOC, PCS-Effizienz, THD usw.). Verwenden Sie KI (LSTM, Random Forests) und digitale Zwillinge:

• Beispiel: CATLs KI prognostiziert SOC-Fehler <1% und SOH-Abnutzung mit >95% Genauigkeit, gibt 7-tägige vorgezogene thermische Durchschlagwarnungen aus.

• Beispiel: Huawei verwendet digitale Zwillinge, um extreme Bedingungen zu simulieren, um Ausfälle im Voraus zu identifizieren.

3.3 Präventive Tests

Planen Sie proaktive Prüfungen basierend auf Geräteverhalten:Rhythmus: Vierteljährliche Zellenbalancierung, halbjährliche BMS-Updates, jährliche PCS-Harmonische/thermisches Systemdichtungen-Prüfungen, vierteljährliche EMS-Algorithmus-Updates.

• Auslöser: Tiefgehende Diagnose für &ge;5% interner Widerstandsanstieg (3 aufeinanderfolgende Tests) oder wiederkehrende Kommunikationsausfälle.

Frontlinientests erfordern Sorgfalt, Expertise und praktisches Know-how. Das Beherrschen dieser Subsysteme, Werkzeuge und Strategien gewährleistet, dass Energiespeichersysteme Zuverlässigkeit und Effizienz bieten&mdash;und so Geschäfts- und Netzoperationen schützen. Dieser Leitfaden verdichtet Jahre an praktischer Erfahrung&mdash;ich hoffe, er befähigt andere Tester, die Zuverlässigkeit von Energiespeichern zu verbessern.