Какие аспекты включает в себя проверка промышленных и коммерческих систем энергетического хранения

В качестве передового тестировщика я ежедневно работаю с промышленными и коммерческими системами хранения энергии. Я на собственном опыте знаю, как важно их стабильное функционирование для энергоэффективности и прибыльности бизнеса. По мере быстрого роста установленной мощности, отказы оборудования все больше угрожают возврату инвестиций — более 57% хранилищ энергии сообщили о незапланированных отключениях в 2023 году, из которых 80% были вызваны дефектами оборудования, аномалиями системы или плохой интеграцией. Ниже я поделюсь практическими рекомендациями по тестированию пяти основных подсистем (аккумулятор, BMS, PCS, система терморегулирования, EMS) и трехуровневой системы проверок (ежедневные проверки, периодическое обслуживание, глубокая диагностика), чтобы помочь коллегам-специалистам.

1. Практики тестирования основных подсистем
1.1 Аккумуляторная система: "Сердце" системы хранения энергии

Аккумуляторы являются энергетическим каркасом, требующим комплексного тестирования по трем направлениям:

(1) Тестирование электрохимических характеристик

• Тестирование емкости: Следуйте GB/T 34131 — разрядите аккумулятор до напряжения отсечки (25±2℃) при скорости разряда 0,2C, сравните фактическую емкость с номинальной, чтобы оценить "выносливость".

• Тестирование внутреннего сопротивления: Используйте методы введения переменного тока (синусоидальная волна 1 кГц, наиболее представительный, но подверженный помехам), проводимости при разряде переменным током или методы разряда постоянным током. Рекомендую улучшить метод введения переменного тока с использованием фильтра Калмана для снижения шума и повышения точности.

• Мониторинг SOC/SOH: Комбинируйте интегрирование по ампер-часам, открытое-цепное напряжение и электрохимическую импедансную спектроскопию. Модифицированное интегрирование по ампер-часам (учитывающее температуру и состояние заряда-разряда) сохраняет ошибки SOC менее 1%.

(2) Тестирование безопасности

• Тестирование теплового бегства: Следуйте UL 9540A — проведите тесты на уровне элементов, модулей и системы, чтобы характеризовать поведение при тепловом бегстве и свойства горения газа (критически важны для оценки опасности).

• Тестирование перезарядки/переразрядки: Симулируйте экстремальные условия согласно GB/T 36276, чтобы проверить пороги безопасности.

• Тестирование защиты от короткого замыкания: Прямое моделирование внешних коротких замыканий для проверки защитных реакций (необходимо для безопасности системы).

(3) Тестирование физического состояния

• Визуальный осмотр: Проверьте наличие деформаций корпуса, утечек и читаемых надписей (мелкие детали скрывают большие риски).

• Тестирование соединителей: Проверьте окисление, коррозию или ослабление; измерьте контактное сопротивление (плохие соединения вызывают операционные сбои).

• Тестирование степени защиты (IP): Следуйте GB/T 4208, чтобы обеспечить надежность в суровых условиях (пыль, влага и т.д.).

1.2 BMS: "Мозг" управления аккумулятором

BMS мониторит и защищает аккумуляторы — сосредоточьтесь на коммуникации, оценке состояния и защите:

(1) Тестирование совместимости протоколов коммуникации

BMS должен интегрироваться с PCS/EMS через протоколы, такие как Modbus/IEC 61850. Используйте анализаторы CAN (например, Vector CANoe) и преобразователи протоколов для тестирования:

• Задержка: ≤200 мс

• Успешность: ≥99%

• Целостность данных: Нет потерь/искажений.

Я использую генерацию тестовых случаев на основе конечного автомата (FSM), чтобы покрыть все сценарии коммуникации.

(2) Валидация алгоритмов SOC/SOH

Убедитесь, что ошибки SOC ≤±1% и ошибки SOH ≤±5% (GB/T 34131):

• Оффлайн-калибровка: Сравните оценки BMS с лабораторными измерениями емкости/внутреннего сопротивления

• Онлайн-тестирование: Симулируйте реальные циклы заряда-разряда.

• Симуляторы аккумуляторов и эмуляторы интерфейсов BMS автоматизируют этот процесс для повышения эффективности.

(3) Тестирование балансировки элементов

• Активная балансировка: Симулируйте несоответствия элементов, чтобы проверить стратегии BMS.

• Пассивная балансировка: Отслеживайте долгосрочные тенденции несоответствий.
  Используйте результаты, чтобы определить, соответствует ли балансировка потребностям системы.

(4) Тестирование защиты безопасности

Активируйте защиту от перезарядки, переразрядки и перегрева:

• Пример: Тест на перезарядку — продолжайте заряжать полностью заряженный аккумулятор, чтобы проверить, отключает ли BMS цепь.
  Должно соответствовать требованиям GB/T 34131.

1.3 PCS: "Центр энергии" для преобразования энергии

PCS преобразует AC/DC — проверьте эффективность, защиту и качество энергии:

(1) Тестирование эффективности

Соответствуйте GB/T 34120 (≥95% эффективности при номинальной мощности):

• Сравнение вход-выход: Измерьте мощность на обоих концах, чтобы рассчитать эффективность.

• Профилирование нагрузки: Проверьте на различных нагрузках, чтобы построить кривые эффективности.
  Используйте высокоточные анализаторы (например, Fluke 438-II) при 25±2℃ для точности.

(2) Тестирование защиты

Проверьте реакцию на перегрузку (110% номинальной нагрузки), короткое замыкание и перенапряжение. Должно соответствовать GB/T 34120.

(3) Анализ гармоник

Убедитесь, что THD ≤5% (GB/T 14549/GB/T 19939):

• Прямое измерение: Используйте анализаторы качества энергии (например, Fluke 438-II) для тестирования форм сигнала.

• Анализ FFT: Вычислите амплитуды гармоник из сигналов тока.

• Проверьте на различных нагрузках и условиях работы.

(4) Тестирование стабильности выхода

Измерьте стабильность напряжения, частоты и коэффициента мощности при изменяющихся нагрузках. Используйте высокоточные осциллографы/анализаторы для проверки соответствия.

1.4 Система терморегулирования: "Хранитель охлаждения"

Поддерживает оптимальную температуру аккумулятора — проверьте охлаждение, управление температурой и прочность:

(1) Тестирование производительности охлаждения

• Воздушные системы: Проверьте засорение фильтров (падение давления) и срок службы вентиляторов (анализ вибраций).

• Жидкостные системы: Проверьте давление в трубопроводах (гидравлические датчики) и расход охладителя (расходомеры).
  Должно соответствовать GB/T 40090. Пример: CATL использует модифицированное кластерное K-среднее + вейвлет-деношумление для прогнозирования SOH с ошибкой менее 3%.

(2) Тестирование точности управления температурой

• Равномерность: Разверните датчики по всей батарее, убедитесь, что максимальное ΔT ≤5℃ (GB/T 40090; для жидкостных систем целевое значение ≤2℃).

• Время реакции: Измерьте время, необходимое для стабилизации температуры после изменения окружающей среды.

(3) Тестирование прочности

Проведите тесты IP (GB/T 4208), вибрации (GB/T 4857.3) и солевой туман (GB/T 2423.17). Критически важны для экстремальных условий (например, проект Huawei в Красном море использует распределенное охлаждение при температуре 50℃).

(4) Обнаружение утечек (только для жидкостных систем)

• Флуоресцентный трассер: Добавьте краситель, проверьте с помощью УФ-света.

• Тестирование давления: Поднимите давление в линиях, чтобы проверить герметичность.

• Убедитесь, что нет утечек и давление охладителя стабильно.

1.5 EMS: "Командир" управления энергией

Оптимизирует работу и распределение — проверьте алгоритмы, коммуникацию и безопасность:

(1) Тестирование точности алгоритмов

Проверьте прогнозирование нагрузки, оптимизацию заряда-разряда и экономику:

• Историческое тестирование: Используйте прошлые данные для проверки моделей.

• Онлайн-тестирование: Проверьте с реальной работой в режиме реального времени.

• Пример: AI компании CATL сокращает время обнаружения неисправностей на 7 дней, увеличивая эффективность на 3% и уменьшая потери на 25%.

(2) Тестирование совместимости протоколов коммуникации

Убедитесь, что поддерживаются IEC 61850/Modbus (IEC 62933-5-2):

• Тестирование соответствия: Проверьте соответствие стандартам.

• Тестирование взаимодействия: Проверьте интеграцию с BMS/PCS.

(3) Тестирование безопасности данных

Проверьте шифрование SM4, контроль доступа и целостность (в соответствии с национальными криптографическими стандартами):

• Шифрование: Проверьте обмен ключами SM4.

• Контроль доступа: Проверьте выполнение прав пользователей.

• Целостность: Убедитесь, что нет потерь/искажений данных во время передачи/хранения.

(4) Тестирование времени реакции

Убедитесь, что время реакции системы ≤200 мс (GB/T 40090) для удовлетворения требований сети. Запустите действия EMS и измерьте задержку.

2. Трехуровневая система проверок
2.1 Ежедневные проверки (быстрое обнаружение неисправностей)

Проводятся каждую смену для раннего выявления проблем:

• Объем: Температура/напряжение/SOC аккумулятора, коммуникация BMS, параметры PCS, система охлаждения, данные EMS.

• Инструменты: Тепловизоры, мультиметры, осциллографы, тестеры коммуникаций.

• Фокус: Состояние системы и аномалии — немедленно устраняйте проблемы.

2.2 Периодическое обслуживание (профилактика)

Планируется для продления срока службы:

• Объем: Внутреннее сопротивление аккумулятора (введение переменного тока), обновление прошивки BMS/калибровка SOC, эффективность PCS/гармоники, уплотнения системы охлаждения/IP, обновление алгоритмов EMS/проверка безопасности.

• Инструменты: Специальные измерители сопротивления, анализаторы CAN, анализаторы мощности, инструменты шифрования.

• Частота: Подгоняйте под оборудование (например, тесты аккумуляторов ежеквартально, обновления BMS два раза в год).

2.3 Глубокая диагностика (анализ причин)

Запускается при повторяющихся проблемах (например, частые предупреждения о тепловом бегстве, сбои коммуникации BMS):

• Объем: Тепловое бегство (UL 9540A), диагностика неисправностей BMS, глубокое исследование защиты/эффективности PCS, тесты на утечки/вибрации системы охлаждения, валидация алгоритмов EMS/сканирование безопасности.

• Инструменты: Камеры для теплового бегства, анализаторы вибрации, сканеры шифрования, инъекторы неисправностей.

• Цель: Определите причины для целевых ремонтов/обновлений.

3. Лучшие практики: стандартизация, тестирование на основе данных, профилактика
3.1 Стандартизация

Следуйте IEC 62933-5-2/GB/T 40090-2021:

• Процесс: Определите подготовку (объем, инструменты, среда), выполнение (тестирование + ведение журналов) и анализ (отчетность).

• Отчеты: Включите спецификации оборудования, условия тестирования, данные, результаты и рекомендации (в соответствии с требованиями GB/T 40090 для прослеживаемости).

3.2 Тестирование на основе данных

Создайте единую конвейерную систему данных (температура аккумулятора, напряжение, SOC, эффективность PCS, THD и т.д.). Используйте AI (LSTM, случайные леса) и цифровые двойники:

• Пример: AI компании CATL предсказывает ошибки SOC менее 1% и уменьшение SOH с точностью более 95%, выдавая предупреждения о тепловом бегстве за 7 дней.

• Пример: Huawei использует цифровые двойники для моделирования экстремальных условий, предварительно выявляя неисправности.

3.3 Профилактическое тестирование

Запланируйте превентивные проверки на основе поведения оборудования:Частота: Ежеквартальное балансирование элементов, обновление BMS два раза в год, ежегодная проверка гармоник PCS/уплотнений системы охлаждения, ежеквартальное обновление алгоритмов EMS.

• Триггеры: Глубокая