中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月22日，內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng)“梯次利用動(dòng)力電池規(guī)?；こ虘?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目示范工程揭牌儀式，在內(nèi)蒙古達(dá)茂旗華電巴音新能源場站圓滿落幕。
項(xiàng)目示范工程通過了專家組驗(yàn)收評(píng)審。專家們一致認(rèn)為該項(xiàng)目在基于動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的梯次利用電池性能精準(zhǔn)評(píng)估、智能分選成組、高效集成管控、本質(zhì)安全運(yùn)行和商業(yè)模式等方面，取得了多項(xiàng)重大技術(shù)突破。從根本上解決了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性等行業(yè)痛點(diǎn)問題，是信息-能源交叉領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)。
“梯次利用動(dòng)力電池規(guī)?；こ虘?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目示范工程由華電內(nèi)蒙古能源有限公司聯(lián)合清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)、中國華電科工集團(tuán)有限公司、國電南京自動(dòng)化股份有限公司、華電電力科學(xué)研究院有限公司、中國電力科學(xué)研究院有限公司、湘投云儲(chǔ)科技有限公司、北京衛(wèi)藍(lán)科技有限公司共同研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)。清華大學(xué)電機(jī)系研究員慈松任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。云儲(chǔ)新能源科技有限公司為設(shè)備供應(yīng)商。
該工程依托內(nèi)蒙古自治區(qū)2020年度科技重大專項(xiàng)，面向國家大批量電動(dòng)汽車電池退役消納的重大需求，基于動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案，選用退役動(dòng)力鋰離子電池，建設(shè)10MW/34MWh規(guī)模的數(shù)字無損梯次利用儲(chǔ)能電站，在國際上率先完成集中式大規(guī)模退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能電站的工程示范，是目前國際上單點(diǎn)規(guī)模最大的集中式梯次利用儲(chǔ)能電站。
01
范式創(chuàng)新，顛覆電池管理方法論
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，動(dòng)力電池退役也被提上議事日程。退役動(dòng)力電池梯次利用于儲(chǔ)能電站被認(rèn)為是退役電池處理的最有效解決手段。然而，由于退役電池系統(tǒng)的安全管控和經(jīng)濟(jì)價(jià)值利用一直缺乏可行的技術(shù)方案，所以退役電池的梯次利用一直難以付諸實(shí)踐。
退役電池梯次利用的最大難點(diǎn)，在于電池具有顯著的不一致性。究其原因，主要是由于電池在生產(chǎn)和使用過程中所處物理環(huán)境（如溫度）不同以及化學(xué)屬性的非線性變化，電池天然具有不一致性，而梯次利用的退役動(dòng)力電池經(jīng)過車上長時(shí)間使用，其不一致性愈發(fā)凸顯，使用不一致性顯著的退役動(dòng)力電池梯次利用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，不僅安全管理難度呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)大，且系統(tǒng)壽命因受制于電池系統(tǒng)“短板效應(yīng)”而大打折扣，經(jīng)濟(jì)價(jià)值難以釋放。
傳統(tǒng)的電池制造和電池管理思想一味追求電池一致性，為之投入巨大的成本但收效甚微。
清華大學(xué)電機(jī)系慈松團(tuán)隊(duì)從“世界上沒有兩片相同的樹葉”的第一性原理出發(fā)，提出了接納、管理電池差異性的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新思想，將互聯(lián)網(wǎng)屏蔽終端差異性的技術(shù)理念引入電池儲(chǔ)能領(lǐng)域，摒棄傳統(tǒng)的電池硬性連接方式，利用軟件控制的柔性連接構(gòu)建數(shù)字能量交換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)沿用200多年的電池固定串并聯(lián)范式的變革性創(chuàng)新，從根本上解決了電池系統(tǒng)“短板效應(yīng)”這一世界級(jí)難題。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人慈松解釋道，在以動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的規(guī)?；姵貎?chǔ)能系統(tǒng)中，電池單元可作為基本控制對(duì)象，通過數(shù)字能量交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物理上的程序控制柔性連接，從根本上解決了電池系統(tǒng)“測不準(zhǔn)、斷不開”的難題，從而實(shí)現(xiàn)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的本質(zhì)安全性和經(jīng)濟(jì)性及退役電池梯次利用等行業(yè)痛點(diǎn)問題。
02
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)本質(zhì)安全，促進(jìn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)延壽增效
安全性和經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前儲(chǔ)能行業(yè)的兩大痛點(diǎn)，也是清華大學(xué)電機(jī)系慈松團(tuán)隊(duì)研發(fā)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系著重解決的兩大問題。
首先，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)通過百毫秒級(jí)電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)重組和微秒級(jí)疑似故障電池的在線自動(dòng)切除，可以從根本上防止熱堆積、熱失控的發(fā)生，這兩大機(jī)制實(shí)現(xiàn)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)級(jí)本質(zhì)安全。
清華大學(xué)電機(jī)系慈松團(tuán)隊(duì)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)通過電池單元間的動(dòng)態(tài)重組來實(shí)現(xiàn)電熱的一體化管控。記者在現(xiàn)場獲悉，通過調(diào)整電池放電倍率或控制系統(tǒng)功率因子，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)可采用“N選k”的控制模式，即在每個(gè)重構(gòu)周期內(nèi)會(huì)在N個(gè)并聯(lián)電池單元中選擇k個(gè)接入系統(tǒng)，未被選中的電池單元不會(huì)有電流經(jīng)過，也就不會(huì)產(chǎn)生新的熱量。在重構(gòu)周期結(jié)束后，控制器會(huì)根據(jù)電池單元的狀態(tài)重新選擇新的電池組合接入系統(tǒng)，若某個(gè)電池單元接入系統(tǒng)的時(shí)間過長，系統(tǒng)則會(huì)將該電池單元從系統(tǒng)中斷開一段時(shí)間，以防止出現(xiàn)局部過熱的情況。
根據(jù)研究資料，鋰電池系統(tǒng)在50～100℃的溫度變化過程是對(duì)電池單元進(jìn)行溫控處理的關(guān)鍵窗口，這個(gè)窗口時(shí)間是小時(shí)級(jí)。依托動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特性，在運(yùn)行過程中可以高精度測量相應(yīng)電池單元的開路電壓（OCV），而開路電壓（OCV）是唯一能夠準(zhǔn)確地反映電池真實(shí)狀態(tài)的變量，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)據(jù)此進(jìn)行故障診斷與處置，實(shí)現(xiàn)百毫秒級(jí)拓?fù)渲貥?gòu)，微秒級(jí)故障精準(zhǔn)隔離，開路電壓的準(zhǔn)確測量能力是避免電池?zé)崾Э氐年P(guān)鍵。
其次，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)通過克服“短板效應(yīng)”等方式，充分挖掘電池充放電效率和全生命周期利用價(jià)值，顯著改善電池系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有“短板效應(yīng)”，即系統(tǒng)的循環(huán)壽命取決于系統(tǒng)中性能最差的電池單元；而在動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)中，所有電池單元都能“盡力而為”、物盡其用，系統(tǒng)循環(huán)壽命延長至少100%，項(xiàng)目全生命周期的經(jīng)濟(jì)性得以大幅改善。動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)可兼容非大廠電池、B品電池、梯次電池、鈉離子電池等不同廠家/不同批次/不同規(guī)格/不同電化學(xué)體系的電池，不僅給予了儲(chǔ)能建設(shè)商更多選擇權(quán)，還可有效降低初始投資成本。
動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能系統(tǒng)智能在線運(yùn)維，系統(tǒng)無需人工巡檢；發(fā)生故障后在線上自動(dòng)對(duì)故障電池進(jìn)行隔離，無需系統(tǒng)停機(jī)，極大提升了系統(tǒng)整體可用性，運(yùn)營成本可降低90%。在部分電池有效容量觸底時(shí)可隨時(shí)部分換新，無需整體停機(jī)，更無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體重建，實(shí)現(xiàn)了成倍提高效率、降低成本的目標(biāo)。
03
梯次利用儲(chǔ)能電站日盈利逾萬 獲業(yè)主認(rèn)可
從2020年到今年8月，慈松團(tuán)隊(duì)與華電集團(tuán)主持設(shè)計(jì)、完成的國際上首個(gè)單點(diǎn)最大規(guī)模的10MW/34MWh退役動(dòng)力梯次利用電站，采用了8000組退役大巴動(dòng)力電池，實(shí)現(xiàn)了電池從車上到車下儲(chǔ)能電站的無縫銜接，是目前業(yè)內(nèi)唯一無需進(jìn)行單體層面硬性拆解、分選和成組的技術(shù)體系。該技術(shù)節(jié)省了拆解成本、避免了硬性拆解造成的環(huán)境污染，具有巨大的社會(huì)環(huán)保效益。
項(xiàng)目已在網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行15個(gè)月，并參與當(dāng)?shù)仉娏ΜF(xiàn)貨市場交易60多次。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用慈松團(tuán)隊(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的“梯次利用動(dòng)力電池規(guī)模化工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”示范工程項(xiàng)目日均盈利逾10000元。
華電內(nèi)蒙古能源有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，由于“梯次利用動(dòng)力電池規(guī)模化工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”示范工程項(xiàng)目的安全性和經(jīng)濟(jì)性非常好，公司將持續(xù)利用動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擴(kuò)大在電化學(xué)儲(chǔ)能方向的投資。
