美國橡樹嶺國家實驗室致力開發(fā)梯次利用電池控制系統(tǒng)

鋰離子電池的容量和性能會隨著時間的推移而退化，而電動汽車使用的鋰離子電池屆時不再能快速充電或提供瞬間能量。不過，如果人們相信埃隆•馬斯克的說法，即特斯拉電池很快就能維持100萬英里行駛里程的話，那么其電池退化就不會那么快。

這些二次電池雖然不再適用于車輛使用，但通常還有60%到70%的使用壽命。它們?nèi)匀挥心芰υ谧≌蛏虡I(yè)環(huán)境中儲存電力，但這些二次電池并不能被用戶直接使用，而使用這些二次電池需要控制系統(tǒng)和機制才能重新利用。

美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)的研究人員致力于解決這些問題，該實驗室聲稱已經(jīng)開發(fā)出二次電池適用于住宅用戶的使用方法?，F(xiàn)在，他們開發(fā)的技術(shù)可以使二次鋰離子電池滿足電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)的要求。

隨著電動汽車在未來幾年的大量應(yīng)用，二次電池的供應(yīng)量將會猛增。美國愛迪生基金會預(yù)測，到2030年，將有1900萬輛電動汽車上線運行，約占全球汽車總數(shù)的7%。

美國能源部電力辦公室儲能研究主管Imre Gyuk說：“開發(fā)儲能新技術(shù)對于對于日益依賴分布式可再生能源的現(xiàn)代化電網(wǎng)至關(guān)重要。該項目還通過重新利用仍有使用價值的電池，最大程度地減少浪費，并確保安全可靠的電力供應(yīng)來支持循環(huán)經(jīng)濟。”

美國橡樹嶺國家實驗室研究員Michael Starke一直領(lǐng)導(dǎo)著一項由美國能源部電力辦公室儲能計劃支持的項目，該項目旨在創(chuàng)建和增強用于二次電池的控制系統(tǒng)，其中包括在北卡羅來納州的一個住宅小區(qū)中測試裝機容量為15kW的儲能系統(tǒng)，其他的測試在該實驗室附近的橡樹嶺研究所進行。

低買高賣

通過使用Starke和他的同事開發(fā)的軟件和電力電子硬件，采用二次電池控制系統(tǒng)目的是在峰值需求期間減少家庭用戶采用電網(wǎng)電力。取而代之的是，家庭用戶使用可再生能源發(fā)電設(shè)施產(chǎn)生或存儲的電力。該過程還可以在峰值期間減少公用事業(yè)服務(wù)區(qū)域的一些需求，從而幫助平衡電網(wǎng)。

Starke說：“獲得的凈效益可以利用實時電費結(jié)構(gòu)，并降低電費。而用戶最大的收獲是，在這些應(yīng)用中，采用二次電池的儲能系統(tǒng)在經(jīng)濟上是可行的。二次使用并不是說可以直接采用二次電池。在公用事業(yè)公司采用二次電池構(gòu)建的儲能系統(tǒng)將面臨挑戰(zhàn)。他們需要的是可以長期依賴并且可靠有效的儲能產(chǎn)品，并且希望只采用一臺通信設(shè)備就可以管理大量資源。”

美國橡樹嶺國家實驗室研究人員開發(fā)的控制系統(tǒng)依靠基于云計算的通信技術(shù)來實現(xiàn)遠程控制。該系統(tǒng)中包括一個靈活的逆變器，該逆變器可轉(zhuǎn)換住宅太陽能+儲能系統(tǒng)或公用事業(yè)的電力，同時控制儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)同步，并確保安全啟動和關(guān)機。

解決電池性能并不一致的難題

在構(gòu)建電網(wǎng)規(guī)模的儲能系統(tǒng)時，大量二次電池連接在一起，而來自不同制造商的二次電池具有不同的電壓、電池化學(xué)成分和退化程度，要使它們可靠協(xié)調(diào)地工作，需要復(fù)雜先進的控制系統(tǒng)。

研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)預(yù)設(shè)了所需的充電量或放電量，然后以滿足每個電池單元的狀態(tài)和容量要求的方式做出響應(yīng)，從而有效地分配資源。Starke說，“這是公用事業(yè)公司可以放心使用的原因。公用事業(yè)公司只需要其容量，但采用很多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)和控制這些資源，才能構(gòu)建一個裝機容量為1MW的儲能系統(tǒng)。”

Starke及其同事目前正在開發(fā)和部署一個由二次電池構(gòu)建的裝機容量為100kW儲能系統(tǒng)，以進一步測試其控制系統(tǒng)和硬件解決方案，這將是此類項目中第一個將電動汽車二次電池重新用于電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)。