退役動(dòng)力電池因其一致性差、安全性薄弱等缺陷在梯次利用時(shí)面臨巨大挑戰(zhàn)。動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)（dynamic reconfigurable battery network，DRBN）能夠有效提高退役動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的一致性和安全性。目前DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入工程應(yīng)用階段，然而現(xiàn)有的研究缺少對(duì)大規(guī)模DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行性能評(píng)估。為此，以實(shí)際運(yùn)行的大規(guī)模退役動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)作為分析對(duì)象，選取儲(chǔ)能系統(tǒng)中80個(gè)DRBN的1個(gè)月運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從運(yùn)行工況、均衡效果、薄弱辨識(shí)三個(gè)方面驗(yàn)證了DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電池模組一致性的提升效果。數(shù)據(jù)分析表明，90%的DRBN一致性良好，且其他一致性較差的DRBN都能夠被準(zhǔn)確辨識(shí)。
文章亮點(diǎn)
1.針對(duì)退役動(dòng)力電池一致性差、安全性薄弱的問(wèn)題，提出基于DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)的解決方案，并基于DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量數(shù)字化思想，詳細(xì)說(shuō)明DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)的一致性管控方法；
2.結(jié)合實(shí)際工程數(shù)據(jù)，圍繞運(yùn)行工況、均衡效果、薄弱環(huán)節(jié)三個(gè)方面，對(duì)大規(guī)模退役動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行評(píng)估。
主要內(nèi)容
1. DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)組成
大規(guī)模退役動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)場(chǎng)站通常由多個(gè)儲(chǔ)能集裝箱構(gòu)成，如圖1所示。每個(gè)儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)包含單臺(tái)或者多臺(tái)儲(chǔ)能變流器（PCS），實(shí)現(xiàn)交流與直流的變換。PCS直流側(cè)與DRBN連接，DRBN通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)的方式形成可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。
圖1 大規(guī)模梯次利用DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)場(chǎng)站架構(gòu)
圖2 DRBN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2. DRBN運(yùn)行原理
DRBN從時(shí)間的維度入手，將來(lái)自不同電池模組的“能量切片”按時(shí)間軸進(jìn)行調(diào)度排布，來(lái)實(shí)現(xiàn)電池能量管控。令ΔC 表示電池模組的容量變化量，Δt 表示模組參與充放電的時(shí)間，則有
DRBN通過(guò)調(diào)整模組接入充放電回路里的時(shí)間，改變電池容量在不同模組上的分布。在實(shí)際DRBN中，采用的是并聯(lián)模組“3選2”的一致性管控策略，即從3個(gè)并聯(lián)模組中選取2個(gè)接入系統(tǒng)，另外1個(gè)模組斷開(kāi)。圖3給出了實(shí)際系統(tǒng)中3個(gè)并聯(lián)模組的放電電流。
圖3 3個(gè)并聯(lián)模組在動(dòng)態(tài)重構(gòu)過(guò)程中的電流
3. 運(yùn)行性能評(píng)估方法
本文對(duì)實(shí)際DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)采集周期為1個(gè)月，數(shù)據(jù)采集頻率為每分鐘采集1組電池?cái)?shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)信息包括電池模組的工作電壓、OCV、工作電流、SOC、溫度。
數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，將每個(gè)DRBN內(nèi)42個(gè)電池模組的工作電壓標(biāo)準(zhǔn)差作為該DRBN的一致性指標(biāo)（consistency indicator，CI）。設(shè)xV,i為第i個(gè)電池模組的工作電壓，N是電池模組數(shù)量，μV為所有電池模組工作電壓的平均值，則工作電壓標(biāo)準(zhǔn)差σ的計(jì)算公式為
4. 實(shí)例分析
在充電階段，由于采用DRBN儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡充電策略，電壓標(biāo)準(zhǔn)差明顯下降，這表明電池系統(tǒng)的一致性得到了提升，如圖4所示。
圖4 1-1-3 DRBN的模組電壓及標(biāo)準(zhǔn)差
根據(jù)不同DRBN的電壓標(biāo)準(zhǔn)差平均值高低，可以將80個(gè)DRBN按照電壓一致性程度分為3類，結(jié)果如圖5、表1所示。其中，第1類DRBN的一致性良好，第2類DRBN存在一定程度的不一致性，第3類DRBN存在嚴(yán)重的不一致性。分類結(jié)果表明，90%的DRBN一致性良好，且其他一致性較差的DRBN都能夠被準(zhǔn)確辨識(shí)。
圖5 80個(gè)DRBN的電壓標(biāo)準(zhǔn)差平均值
表1 80個(gè)DRBN的分類結(jié)果
