姜久春：鋰電池儲能系統(tǒng)關鍵技術

近日，國家能源主動配電網(wǎng)技術研發(fā)中心主任姜久春發(fā)表演講，主題是：鋰電池儲能系統(tǒng)關鍵技術。

演講內(nèi)容如下：

姜久春：

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

我們主要研究方向：一個是微網(wǎng)，一個是電池應用，在電池應用，我們最早坐的電動汽車就用到電力系統(tǒng)儲能。

關于電池儲能最主要的問題，第一個問題是安全;第二個是壽命、然后是高效。

儲能系統(tǒng)，目前首先要考慮的是安全問題，然后才是效率，堅持效率、變電器的率還有壽命，還有電池衰退之后能量利用率的問題，可能這個問題在很多時候沒有一個量化的指標來描述它，但是對儲能來說應該是非常重要。我們希望通過幾方面的事情，能夠解決安全壽命高效的問題，一個標準化儲能系統(tǒng)、電池狀態(tài)的梳理分析系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)在電動車和公交系統(tǒng)用得非常多。

目前大家都在用的儲能系統(tǒng)，節(jié)點控制器和智能配電箱的使用，提升系統(tǒng)整體經(jīng)濟性、穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)集成商的核心價值，可以和后端的云平臺友好接入。

這是一個集中的能源調(diào)度系統(tǒng)。上午已經(jīng)把這個層次結構講得很清楚，我們可以通過多節(jié)點控制器實現(xiàn)較長時間多能儲能電站和微網(wǎng)協(xié)調(diào)的優(yōu)化調(diào)度。

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

節(jié)點控制器，實現(xiàn)本地能量管理核心設備，主要數(shù)據(jù)采集功能，監(jiān)測、儲存、執(zhí)行管理策略還有上傳。這里面有一個問題，需要認真的深入研究，關于數(shù)據(jù)上傳時候數(shù)據(jù)采樣率和數(shù)據(jù)采樣的時刻的問題，這樣實行電池后臺的電池數(shù)據(jù)的分析，把電池的維護變成智能的維護，我們也在做一些工作，到底采樣數(shù)量多大，或者存儲的速度有多快，完整描述這個電池當前的狀態(tài)。

如果我開部電動車，你會發(fā)現(xiàn)很多電動車狀態(tài)，經(jīng)常會變會跳，其實儲能，在電力系統(tǒng)儲能應用面臨同樣的問題，我們希望通過數(shù)據(jù)來解決。我們這里有一個BMS采樣數(shù)量到底多大才合適。

下面我講一下關于柔性儲能。單體電池，大家都說，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)在幫它做到儲能系統(tǒng)，號稱做到5千次，事實上利用率有多少，因為電池本身有一個大的問題，在衰退過程中電池的衰退是具有隨機性，每一支電池衰退都不一樣，帶來單體電池差異變得越來越大，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，這是需要仔細分析的一個問題。像目前電動汽車上來用的時候，從10到90%在用，衰退到一定程度只能用60%70%，對儲能就提出大的挑戰(zhàn)。

我們能不能按照衰退的規(guī)律進行分組來用，做一個折衷，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)律來把它分組，是20支作為一個節(jié)點是比較合適還是40支是比較合適，這里面在效率、電力電子之間做一個平衡優(yōu)化。所以我們做一些關于柔性儲能，這也是我們一個項目來做這件事情。當然了，還有一個比較好的地方，可以梯次利用，我覺得梯次利用這兩年有一定的價值，但是未來是不是值得用，還要思考，充放電的效率、電池的價格一旦降下來，梯次利用有些問題。柔性成組可以解決很大的問題。另外一種高度模塊化，降低整個系統(tǒng)的成本。最大的一個可以提高利用率。

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。維護后儲能能增加33%。

看這個例子，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%，柔性成組能帶來一個好處，實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變成什么樣或者參數(shù)分布是個什么樣，然后你再有針對性做一個優(yōu)化。

這是采用的一個方案，模塊全功率獨立電流控制，這不適合大功率的應用。

模塊的部分功率獨立電流控制，這個電路適合中高壓、重復利用。這是MMC電池儲能適合高壓大功率的方案。

另外關于電池狀態(tài)分析。我一直講電池容量不一致，衰退是有隨機性，電池老化不一致，容量、內(nèi)阻降低很厲害，用這個參數(shù)進行表征，大家用得比較多一個是容量還有一個內(nèi)阻。你要想辦法維護成一致，你需要對每個電池SOC差異進行評價，怎么樣評價這個單體的SOC，然后你才能說這個電池怎么不一致，最大功率能差多少。通過SOC對電池進行維護，單個SOC是怎么來的。現(xiàn)在的做法都是把BMS放在電池系統(tǒng)上，在線實時估計這個SOC，我們想用另外一個辦法描述它，我們希望通過運行采樣的這些數(shù)據(jù)到后臺來，我們通過后臺的數(shù)據(jù)分析電池的SOC和SOH，在這種基礎上對電池進行優(yōu)化。所以我們希望通過汽車電池數(shù)據(jù)，稱不上大數(shù)據(jù)，是一個數(shù)據(jù)平臺，通過機器學習和挖掘，擴展SOH的估計模型，基于估計結果給出電池系統(tǒng)全充放電的管理策略。

數(shù)據(jù)上來之后，還有一個好處，我可以對電池健康狀態(tài)做一個預警。電池著火的事情還是經(jīng)常發(fā)生，儲能系統(tǒng)必須得作為一個安全。我們希望通過后臺數(shù)據(jù)分析做一個建立實時信息和中長期的預警，找到短時間尺度和長時間尺度安全隱患在線的預警方法，最后提高整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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

到底需要多少數(shù)據(jù)傳上來才能滿足我這個要求，我需要找到最小的極滿足電池運行狀態(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)，實際上對整個網(wǎng)絡也很大一個負載。幾十個毫秒，你采每一支電池的電壓、電流，你傳到后臺這是不可實現(xiàn)的，我們現(xiàn)在找到了一個辦法，我們可以告訴你，應該是多大采樣頻率，你需要傳哪些特征數(shù)據(jù)，我們把這些數(shù)據(jù)做一個簡單的壓縮，就傳到網(wǎng)絡，電池曲線參數(shù)一個毫秒，足以滿足電池評估的需要，我們數(shù)據(jù)記錄非常非常少。

最后一個，我們說BMS，儲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BMS成本你是降不下去，我們既然數(shù)據(jù)可以送上來，后邊可以有一個強大的分析平臺，我前面就可以簡化，前面只有數(shù)據(jù)采樣或者簡單保護，做一個非常簡單的一個SOC計算，其它數(shù)據(jù)都由后臺發(fā)上來，這就是我們現(xiàn)在在做的，整個狀態(tài)估算和下邊BMS的采樣，我們經(jīng)過儲能節(jié)點控制器，最后傳到網(wǎng)絡上，儲能節(jié)點控制器會有一定的算法，下邊這個基本就是檢測和均衡。最終的運算是在后臺網(wǎng)絡來運算。這是整個系統(tǒng)架構。

我們看一下最底層變爹有效簡單，就是均衡，低壓采集和均衡采集到電流采集。儲能節(jié)點控制器告訴下邊怎么處理，包括SOC在這兒進行一次，后臺再進行一次工作。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)點控制器，就把儲能那塊成本大幅度下降。

(發(fā)言為現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審核)