Batteries Lithium SAFT de la cellule au système … · Circuit de Pré-charge Contacteur principal...

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Batteries Lithium SAFT de la cellule au système

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  • Batteries Lithium SAFT

    de la cellule au système

    alaincharoyTampon

    alaincharoyTampon

  • 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

    2

  • Saft proprietary information – Confidential3

    PRESENTATION DE SAFT

  • 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

  • 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

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel6

    Where we fit in Total

  • Saft proprietary information – Confidential7

    MOYENS DE PRODUCTION

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    Saft Li-ion Production Capabilities

    8

    ▪ 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

  • Saft proprietary information – Confidential9

    BATTERIES LITHIUM

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    Saft Li-ion battery system examples

    10

    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

  • Saft proprietary information – Confidential11

    ARCHITECTURE DES SYSTEMES

    ET CEM

  • 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

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    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

  • 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

  • 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 :

  • Saft proprietary information – Confidential16

    E-MOBILITY

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    Saft: e-mobility

    From cell to pack, complete value chain

    17

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    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

  • Saft proprietary information – Confidential19

    AVIATION

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    Forthcoming battery applications in Aviation

    20

    • 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)

  • 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

  • Saft proprietary information – Confidential22

    RAILWAYS

  • Saft proprietary information – Confidential

    Saft Li-ion batteriesFor regenerative hybrid rail applications

    Li-Ion solutions for railways applications - September 26, 2018

    23

    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

  • 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

    24

    Thermal Management

    Redundant safety chain

    Fault Localization /

    Built-in-test

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    From cells to battery system

    25

  • 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

  • Saft proprietary information – Confidential27

    ENERGY STORAGE

  • Saft proprietary information – Confidential

    Multiple Applications with different operation profiles

    28

    RENEWABLES MICROGRIDCOMMERCIAL

    AND INDUSTRIALGRID

    Shifting, Shaping

    Ramp control, Smoothing Frequency Response

    Peak Shaving Firming

    Spinning

    Self-Consumption

    POWER sec / min

    ENERGY hours

  • 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

    29

  • Informations propriété de Saft – Confidentiel

    Intensium® Max High Energy

    30

    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

  • 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

    31

  • 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

  • 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

  • Saft proprietary information – Confidential34

    CONCLUSION

  • 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

  • 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

    36

    ❑ 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