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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