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國(guó)家能源主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心主任姜久春：鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2017-12-02 20:19:00 電力頭條APP　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

2017城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展（北京）論壇暨能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目建設(shè)與合作研討會(huì)于2017年12月1日在北京舉辦。下午技術(shù)論壇環(huán)節(jié)，國(guó)家能源主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心主任姜久春發(fā)表演講，主題是：鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

下面為您帶來(lái)姜久春的精彩演講

姜久春：

我講的是關(guān)于電池儲(chǔ)能，我們交大一直在做儲(chǔ)能方面，從電力系統(tǒng)、電動(dòng)汽車一直到軌道交通，我們今天講的是關(guān)于電力系統(tǒng)應(yīng)用中，我們正在做的一些事情。

我們主要研究方向：一個(gè)是微網(wǎng)，一個(gè)是電池應(yīng)用，在電池應(yīng)用，我們最早坐的電動(dòng)汽車就用到電力系統(tǒng)儲(chǔ)能。

關(guān)于電池儲(chǔ)能最主要的問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題是安全；第二個(gè)是壽命、然后是高效。

儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前首先要考慮的是安全問(wèn)題，然后才是效率，堅(jiān)持效率、變電器的率還有壽命，還有電池衰退之后能量利用率的問(wèn)題，可能這個(gè)問(wèn)題在很多時(shí)候沒(méi)有一個(gè)量化的指標(biāo)來(lái)描述它，但是對(duì)儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)應(yīng)該是非常重要。我們希望通過(guò)幾方面的事情，能夠解決安全壽命高效的問(wèn)題，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化儲(chǔ)能系統(tǒng)、電池狀態(tài)的梳理分析系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)在電動(dòng)車和公交系統(tǒng)用得非常多。

目前大家都在用的儲(chǔ)能系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)控制器和智能配電箱的使用，提升系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)集成商的核心價(jià)值，可以和后端的云平臺(tái)友好接入。

這是一個(gè)集中的能源調(diào)度系統(tǒng)。上午已經(jīng)把這個(gè)層次結(jié)構(gòu)講得很清楚，我們可以通過(guò)多節(jié)點(diǎn)控制器實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間多能儲(chǔ)能電站和微網(wǎng)協(xié)調(diào)的優(yōu)化調(diào)度。

現(xiàn)在把它做成標(biāo)準(zhǔn)的智能配電柜，這是配電柜的基本特點(diǎn)，包含了各種各樣的功能，充放電的功能、自動(dòng)保護(hù)還有接口的功能，這是標(biāo)準(zhǔn)的配備。

節(jié)點(diǎn)控制器，實(shí)現(xiàn)本地能量管理核心設(shè)備，主要數(shù)據(jù)采集功能，監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)存、執(zhí)行管理策略還有上傳。這里面有一個(gè)問(wèn)題，需要認(rèn)真的深入研究，關(guān)于數(shù)據(jù)上傳時(shí)候數(shù)據(jù)采樣率和數(shù)據(jù)采樣的時(shí)刻的問(wèn)題，這樣實(shí)行電池后臺(tái)的電池?cái)?shù)據(jù)的分析，把電池的維護(hù)變成智能的維護(hù)，我們也在做一些工作，到底采樣數(shù)量多大，或者存儲(chǔ)的速度有多快，完整描述這個(gè)電池當(dāng)前的狀態(tài)。

如果我開部電動(dòng)車，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多電動(dòng)車狀態(tài)，經(jīng)常會(huì)變會(huì)跳，其實(shí)儲(chǔ)能，在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用面臨同樣的問(wèn)題，我們希望通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)解決。我們這里有一個(gè)BMS采樣數(shù)量到底多大才合適。

下面我講一下關(guān)于柔性儲(chǔ)能。單體電池，大家都說(shuō)，我可以做到6千次，裝到汽車上能用到一千次，都很難講，你現(xiàn)在幫它做到儲(chǔ)能系統(tǒng)，號(hào)稱做到5千次，事實(shí)上利用率有多少，因?yàn)殡姵乇旧碛幸粋€(gè)大的問(wèn)題，在衰退過(guò)程中電池的衰退是具有隨機(jī)性，每一支電池衰退都不一樣，帶來(lái)單體電池差異變得越來(lái)越大，不同廠家電池衰退的變化不一致性也不一樣，這組電池到底能用多少，能量是可用的，這是需要仔細(xì)分析的一個(gè)問(wèn)題。像目前電動(dòng)汽車上來(lái)用的時(shí)候，從10到90%在用，衰退到一定程度只能用60%70%，對(duì)儲(chǔ)能就提出大的挑戰(zhàn)。

我們能不能按照衰退的規(guī)律進(jìn)行分組來(lái)用，做一個(gè)折衷，到底選多大合適得到更好的表現(xiàn)，更好的效率，我們希望按照電池衰退的規(guī)律來(lái)把它分組，是20支作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)是比較合適還是40支是比較合適，這里面在效率、電力電子之間做一個(gè)平衡優(yōu)化。所以我們做一些關(guān)于柔性儲(chǔ)能，這也是我們一個(gè)項(xiàng)目來(lái)做這件事情。當(dāng)然了，還有一個(gè)比較好的地方，可以梯次利用，我覺(jué)得梯次利用這兩年有一定的價(jià)值，但是未來(lái)是不是值得用，還要思考，充放電的效率、電池的價(jià)格一旦降下來(lái)，梯次利用有些問(wèn)題。柔性成組可以解決很大的問(wèn)題。另外一種高度模塊化，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。最大的一個(gè)可以提高利用率。

像汽車上用的三年之后的電池，衰退不到8%，利用率只有60%，就是它的差異造成，你做成5組利用率可以達(dá)到70%，可以提高利用率。把電池模組串在一起，也可以提高電池利用率。維護(hù)后儲(chǔ)能能增加33%。

看這個(gè)例子，均衡之后可以提高7%，柔性成組之后，我提高了3.5%，做均衡可以提高7%，柔性成組能帶來(lái)一個(gè)好處，實(shí)際上原因不同廠家電池衰退軌跡不一樣，你要事先知道這組電池會(huì)變成什么樣或者參數(shù)分布是個(gè)什么樣，然后你再有針對(duì)性做一個(gè)優(yōu)化。

這是采用的一個(gè)方案，模塊全功率獨(dú)立電流控制，這不適合大功率的應(yīng)用。

模塊的部分功率獨(dú)立電流控制，這個(gè)電路適合中高壓、重復(fù)利用。這是MMC電池儲(chǔ)能適合高壓大功率的方案。

另外關(guān)于電池狀態(tài)分析。我一直講電池容量不一致，衰退是有隨機(jī)性，電池老化不一致，容量、內(nèi)阻降低很厲害，用這個(gè)參數(shù)進(jìn)行表征，大家用得比較多一個(gè)是容量還有一個(gè)內(nèi)阻。你要想辦法維護(hù)成一致，你需要對(duì)每個(gè)電池SOC差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，怎么樣評(píng)價(jià)這個(gè)單體的SOC，然后你才能說(shuō)這個(gè)電池怎么不一致，最大功率能差多少。通過(guò)SOC對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)，單個(gè)SOC是怎么來(lái)的。現(xiàn)在的做法都是把BMS放在電池系統(tǒng)上，在線實(shí)時(shí)估計(jì)這個(gè)SOC，我們想用另外一個(gè)辦法描述它，我們希望通過(guò)運(yùn)行采樣的這些數(shù)據(jù)到后臺(tái)來(lái)，我們通過(guò)后臺(tái)的數(shù)據(jù)分析電池的SOC和SOH，在這種基礎(chǔ)上對(duì)電池進(jìn)行優(yōu)化。所以我們希望通過(guò)汽車電池?cái)?shù)據(jù)，稱不上大數(shù)據(jù)，是一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和挖掘，擴(kuò)展SOH的估計(jì)模型，基于估計(jì)結(jié)果給出電池系統(tǒng)全充放電的管理策略。

數(shù)據(jù)上來(lái)之后，還有一個(gè)好處，我可以對(duì)電池健康狀態(tài)做一個(gè)預(yù)警。電池著火的事情還是經(jīng)常發(fā)生，儲(chǔ)能系統(tǒng)必須得作為一個(gè)安全。我們希望通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析做一個(gè)建立實(shí)時(shí)信息和中長(zhǎng)期的預(yù)警，找到短時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度安全隱患在線的預(yù)警方法，最后提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

通過(guò)這樣，我就可以大幅度做到幾方面，一個(gè)提高系統(tǒng)的能量利用率，第二延長(zhǎng)電池壽命，第三保證安全，這個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)才能可靠的工作。

到底需要多少數(shù)據(jù)傳上來(lái)才能滿足我這個(gè)要求，我需要找到最小的極滿足電池運(yùn)行狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)可以支撐后邊的分析，數(shù)據(jù)也不能太大，大量的發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)際上對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也很大一個(gè)負(fù)載。幾十個(gè)毫秒，你采每一支電池的電壓、電流，你傳到后臺(tái)這是不可實(shí)現(xiàn)的，我們現(xiàn)在找到了一個(gè)辦法，我們可以告訴你，應(yīng)該是多大采樣頻率，你需要傳哪些特征數(shù)據(jù)，我們把這些數(shù)據(jù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的壓縮，就傳到網(wǎng)絡(luò)，電池曲線參數(shù)一個(gè)毫秒，足以滿足電池評(píng)估的需要，我們數(shù)據(jù)記錄非常非常少。

最后一個(gè)，我們說(shuō)BMS，儲(chǔ)能的成本比電池的成本變得更為重要。你如果把所有的功能都加到BMS，這個(gè)BMS成本你是降不下去，我們既然數(shù)據(jù)可以送上來(lái)，后邊可以有一個(gè)強(qiáng)大的分析平臺(tái)，我前面就可以簡(jiǎn)化，前面只有數(shù)據(jù)采樣或者簡(jiǎn)單保護(hù)，做一個(gè)非常簡(jiǎn)單的一個(gè)SOC計(jì)算，其它數(shù)據(jù)都由后臺(tái)發(fā)上來(lái)，這就是我們現(xiàn)在在做的，整個(gè)狀態(tài)估算和下邊BMS的采樣，我們經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)控制器，最后傳到網(wǎng)絡(luò)上，儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)控制器會(huì)有一定的算法，下邊這個(gè)基本就是檢測(cè)和均衡。最終的運(yùn)算是在后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)來(lái)運(yùn)算。這是整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。

我們看一下最底層變爹有效簡(jiǎn)單，就是均衡，低壓采集和均衡采集到電流采集。儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)控制器告訴下邊怎么處理，包括SOC在這兒進(jìn)行一次，后臺(tái)再進(jìn)行一次工作。這是我們已經(jīng)在做的智能傳感器，電池管理單元、智能節(jié)點(diǎn)控制器，就把儲(chǔ)能那塊成本大幅度下降。

（發(fā)言為現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)本人審核）

責(zé)任編輯：lixin

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