batteries lithium saft de la cellule au système … · circuit de pré-charge contacteur principal...
TRANSCRIPT
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Batteries Lithium SAFT
de la cellule au système
alaincharoyTampon
alaincharoyTampon
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Sommaire
1. Présentation de SAFT
2. Moyens de production
3. Batteries Lithium
4. Architecture des Systèmes et CEM
5. E-Mobility
6. Aviation
7. Railways
8. Energy Storage
9. Conclusion
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Saft proprietary information – Confidential3
PRESENTATION DE SAFT
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Informations propriété de Saft – Confidentiel4
Who is Saft today?
GROUP PROFILE
3,000+ customers
GLOBAL PRESENCE - SALES
100 years of history
Leadership position
on 75-80% of revenue base
9.7% invested in R&D with 3 main technologies; primary lithium, lithium-ion
& nickel-cadmium,
€744m revenue FY 2017 4,300+ people
35%North
America
32%Europe
33%Asia, MEA,
LatAm
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Transportation, Telecom
& Grid
2017 sales by division
€744mSales 2017
Civil Electronics
€279m
Industrial Standby
€174m
Space & Defense
€80m
€211m
28%
Transportation, Telecom & Grid
11%
Space & Defense
38%
Civil Electronics
23%
Industrial Standby
5
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Informations propriété de Saft – Confidentiel6
Where we fit in Total
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Saft proprietary information – Confidential7
MOYENS DE PRODUCTION
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Saft Li-ion Production Capabilities
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▪ Production facility for Li-ion batteries ▪ Opened January 2008 - Automotive ISO/TS 16949 and VDA Qualified▪ Capacity installed : 1M power cells or 500k energy cells
Nersac (France)
▪ Opened in September 2011▪ Large volume, multi application manufacturing▪ Will include the 1st manufacturing line for prismatic cells
▪ Capacity installed : 2 M energy cells (max 5M)
Jacksonville (FL)
▪ Pilot line in operation for more than 12 years▪ Research & Development Center for Europe
Bordeaux (France)
▪ Multi technology cells and systems manufacturing▪ High power and energy batteries▪ Research & Development Center for North America
Cockeysville (MD)
Fra
nce
US
A
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Saft proprietary information – Confidential9
BATTERIES LITHIUM
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Saft Li-ion battery system examples
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Aviation
Voltage max 28 V
Energy 1,5 kWh
Max power
(continuous)
15 kW
Cell VL 30P (NCA)
Certification UN3480, EASA,
FAA
Integrated charger,
DAL A (2 redundant paths),
DO 178 & 254 compliant,
Specific silicon contactor,
Aluminum busbar
Telecom
Voltage 48 V
Energy 4 kWh
Max power
(continuous)
1 kW
Cell VL 80E (NCA)
Certification CE, IEC 60950-1,
UN3480, NEBS,
GR3150
integrated busbar and electronics
Silicon contactor
Stationary - UPS
Voltage max Up to 1000V
Energy Up to 45kWh
Max power
(continuous)
45 kW
Cell VL 45E (NCA)
Railway
Voltage max Up to 1000V
Energy/string 30,9kWh
Max power
/string
(continuous)
77kW
Cell VL30PFe (SLFP)
Containers IM20M IM20E+
Voltage max 812 V 784 V
Energy 560 kWh 1 000 kWh
Max power
(continuous)
1,2 MW 500 kW
Number of
strings in //
10 17
Cell VL 41M VL 45E
Number of cells 4060 6664
Technology NCA
Certification CE, UN3480
Possibility to include Power Conversion
System
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Saft proprietary information – Confidential11
ARCHITECTURE DES SYSTEMES
ET CEM
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Rappel : Les systèmes batterie
+ -
SMU
BMU
Electronics Interface(CAN Bus, 12V, I/Os...)
Capteur de
courant
Circuit de
Pré-charge
Contacteur
principal
FusibleExemple d’architecture batterie
12
Cartes
électroniques
Battery management Unit
System Management Unit
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Analyse d’un spectre de mesure d’emission conduite
– Si des dépassements sont présents entre 150KHz et 1MHz, cela indiquera un manque de filtrage différentiel,
– au-delà de 1MHz, si des dépassements sont présents, cela indiquera un manque de filtrage en mode commun.
Titre de laprésentation1313
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Analyse d’un spectre de mesure d’émission rayonnée
- Une forme d’onde avec un faible niveau de bruit de fond et avec des harmoniques caractérisés de 150KHz à 300MHz est synonyme d’une carte avec une bonne équipotentialité entre masses, mais avec un problème de découplage sur les signaux de sortie (aire 1).
- Une forme d’onde avec un faible niveau de bruit de fond et des harmoniques caractérisés au-delà de 300MHz est synonyme de fentes dans le casing de l’équipement ou de pistes bruitées trop près des bords de carte (aire 2).
Titre de laprésentation1414
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Partenariat externe en CEM
Formation CEM en conception des équipements électroniques
AEMC : Formation
Titre de laprésentation1515
Simulation et expertise sur site
NEXIO : Simulation Numérique
Mesures CEM : Investigation et qualification
EMITECH, SOPEMEA/AEMC :
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Saft proprietary information – Confidential16
E-MOBILITY
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Saft: e-mobility
From cell to pack, complete value chain
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Considérations CEM pour la e-mobility
❑ Electronique de surveillance : émettrice et susceptible aux perturbations.
❑ Risque de danger pour l’homme si le véhicule perd les fonctions de
sécurité.
Contraintes à prendre en compte
Titre de laprésentation1818
Etat de la normalisation internationale
❑ Normes actuelles insuffisantes pour les batteries
❑ Difficulté à décliner les exigences système aux niveau pack Batterie
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Saft proprietary information – Confidential19
AVIATION
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Forthcoming battery applications in Aviation
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• Existing Aviation market: • Replacement of hydraulic, pneumatic functions by electric
solutions: non electric propulsion
• Hybridization of engines: electric propulsion
• New Air mobility market:• Hybrid or full electric: electric propulsion
New way of using the battery in aviation
= new specifications, different order of magnitude
(10 to 1,000 kwh, up to MW)
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Considérations CEM pour l’aviation
❑ Electronique de surveillance et chargeur intégré
❑ Couplage parasite et transitoires forte énergie dépend de la qualité de
mise à la masse
Contraintes à prendre en compte
2121
Etat de la normalisation internationale
❑ Normes actuelles exigeantes mais reste du niveau système
❑ Difficulté à décliner les exigences système aux équipements Batterie
❑ Qualification des équipements hors système
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Saft proprietary information – Confidential22
RAILWAYS
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Saft proprietary information – Confidential
Saft Li-ion batteriesFor regenerative hybrid rail applications
Li-Ion solutions for railways applications - September 26, 2018
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Ion-Board® rail hybrid battery systems are able to:
Deliver high rate charge and discharge capability
Provide autonomous traction power for catenary-free or emission-free operations
Recover braking energy
Allow peak power for train acceleration
Modul’ion Ion-Board® rail hybrid battery system
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Typical System Safety Features
Performance Monitoring SOC, SOH
& communication
Contactors and Short Circuit Protection
(fuse)
TemperatureMeasurement
Current Measurement
Cell Balancing
Cell Voltage
Monitoring
Min and Max cell voltage &
Btr current control
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Thermal Management
Redundant safety chain
Fault Localization /
Built-in-test
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
From cells to battery system
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Considérations CEM pour le Ferroviaire
❑ Electronique de surveillance sensible
❑ Fonctions de sécurité robustes à la CEM
❑ Fortes tensions d’isolement par rapport à la masse
Contraintes à prendre en compte
Titre de laprésentation2626
Etat de la normalisation internationale
❑ Normes actuelles ne sont pas assez exigeantes, le niveau applicable
reste au choix du fabricant
❑ Qualification des équipements batterie longue et coûteuse
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Saft proprietary information – Confidential27
ENERGY STORAGE
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Saft proprietary information – Confidential
Multiple Applications with different operation profiles
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RENEWABLES MICROGRIDCOMMERCIAL
AND INDUSTRIALGRID
Shifting, Shaping
Ramp control, Smoothing Frequency Response
Peak Shaving Firming
Spinning
Self-Consumption
POWER sec / min
ENERGY hours
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Cell Line-up / SAFT Li-Ion industrial cells range
NMC Blend & NCA
VL30P (NMC Blend)
VL41M (NMC Blend)
VL45E (NMC Blend)
VL6P (NCA)
VL80E (NCA)
Main Markets
> ESS
> Telecom
> Hybrid
> Rail traction
NCAPower at low temperature
Superior energy
Long cycle and calendar life
Safety needs to be managedNMC/NCA Blend
Good energy and powerLong cycle life
Lowest cost per Wh
Safety needs to be managed
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Intensium® Max High Energy
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Cell block NMC technology
5 Li-ion cells 3,65V –320 Wh
Module
64 cell blocks 58V – 20 kWh
String (ESSU)
14 modules & BMM
811V - 280 kWh
Container
9 strings FSS, HVAC, controls, power distribution
811V – 2520 kWh
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
DC Battery Systems: A concentration of technology
Thermal Management
Energy efficiency
Long Life time
High availability
CellTechnology
SOC Management
Battery Controls
SafetyManagement
Design to Maintenance
TCOparameters
Know-
How
System
Performance
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Considérations CEM pour le Grid
❑ Electronique de surveillance robuste
❑ Le PCS (Onduleur) est relié au BUS DC de la batterie et au réseau AC
❑ Filtre nécessaire aussi en DC pour les perturbations de mode commun
Contraintes à prendre en compte
Titre de laprésentation3232
Etat de la normalisation internationale
❑ Normes définies pour la partie AC rien pour la partie DC
❑ Difficulté à décliner les normes système au niveau des équipements
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
CE marking
The main harmonized standards used for battery systems :
❑ EN 61000-6-2:2005 (IEC 61000-6-2:2005) ElectroMagnetic Compatibility (EMC) – Part 6-2: Generic standards – Immunity for industrial environments(+ EN 61000-6-2/2005/AC:2005)
❑ EN 61000-6-3:2007 (IEC 61000-6-3:2006/A1:2010) ElectroMagnetic Compatibility (EMC) –Generic standards – Emission standard for residential, commercial and light-industrial environments(+ EN61000-6-3:2007/A1:2011 and EN61000-6-3:2007/A1:2011/AC:2012)
❑ EN 62040-2:2006 (IEC 62040-2:2005) Uninterruptible Power Systems (UPS) – Part 2 : ElectroMagnetic Compatibility (EMC) requirements (+ EN62040-2:2006/AC:2006)
The CE marking legislator defined a group of harmonized standards
Titre de laprésentation3333
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Saft proprietary information – Confidential34
CONCLUSION
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Synthèse des considérations CEM
Contraintes et normes en fonction de l’application Batteries
Titre de laprésentation3535
Contraintes Normalisation Internationale
E-Mobility • Electronique de surveillance• Risque de perte de fonctionalités
critiques
• Normes sur les batteries HV insuffisantes• Exigences système non matures• Qualification batterie coûteuse
Aviation • Couplage et chargeur intégré• Qualité de la liaison à la masse
• Normes suffisantes mais Qualification batterie coûteuse
• Exigences système difficiles à décliner à la batterie
Railways • Electronique de surveillance• Fonction de sécurité robuste• Fortes tensions d’isolement
• Qualification batterie coûteuse• Exigences système non matures
Energy Storage • Electronique de communication• Le PCS (Onduleur) intégré• Filtre DC nécessaire
• Normes non définies pour la partie DC• Exigences système non matures
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Informations propriété de Saft – Confidentiel
Conclusions et perspectives
❑ Formation des concepteurs sur la CEM des équipements électroniques
❑ Expertise externe des projets
❑ Spécification des exigences CEM au niveau du système
Comment SAFT prend en compte la CEM dans le design
Conclusion
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❑ Sensibilisation sur le manque de normalisation internationale
❑ Partie prenante de la normalisation CEM pour les applications de stockage
❑ Mettre la CEM au cœur de projets R&D sur le stockage d’énergie
Proposition de SAFT