退役動力電池因其一致性差、安全性薄弱等缺陷在梯次利用時面臨巨大挑戰(zhàn)。動態(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力電池梯次利用儲能系統(tǒng)的一致性和安全性。目前DRBN儲能系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入工程應(yīng)用階段，然而現(xiàn)有的研究缺少對大規(guī)模DRBN儲能系統(tǒng)的運行性能評估。為此，以實際運行的大規(guī)模退役動力電池梯次利用儲能系統(tǒng)作為分析對象，選取儲能系統(tǒng)中80個DRBN的1個月運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從運行工況、均衡效果、薄弱辨識三個方面驗證了DRBN儲能系統(tǒng)對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。
文章亮點
1.針對退役動力電池一致性差、安全性薄弱的問題，提出基于DRBN儲能系統(tǒng)的解決方案，并基于DRBN儲能系統(tǒng)的能量數(shù)字化思想，詳細(xì)說明DRBN儲能系統(tǒng)的一致性管控方法；
2.結(jié)合實際工程數(shù)據(jù)，圍繞運行工況、均衡效果、薄弱環(huán)節(jié)三個方面，對大規(guī)模退役動力電池梯次利用儲能系統(tǒng)的運行性能進(jìn)行評估。
主要內(nèi)容
1. DRBN儲能系統(tǒng)組成
大規(guī)模退役動力電池梯次利用儲能系統(tǒng)場站通常由多個儲能集裝箱構(gòu)成，如圖1所示。每個儲能集裝箱內(nèi)包含單臺或者多臺儲能變流器（PCS），實現(xiàn)交流與直流的變換。PCS直流側(cè)與DRBN連接，DRBN通過電力電子開關(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儲能系統(tǒng)場站架構(gòu)
圖2 DRBN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2. DRBN運行原理
DRBN從時間的維度入手，將來自不同電池模組的“能量切片”按時間軸進(jìn)行調(diào)度排布，來實現(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間，則有
DRBN通過調(diào)整模組接入充放電回路里的時間，改變電池容量在不同模組上的分布。在實際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個并聯(lián)模組中選取2個接入系統(tǒng)，另外1個模組斷開。圖3給出了實際系統(tǒng)中3個并聯(lián)模組的放電電流。
圖3 3個并聯(lián)模組在動態(tài)重構(gòu)過程中的電流
3. 運行性能評估方法
本文對實際DRBN儲能系統(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個月，數(shù)據(jù)采集頻率為每分鐘采集1組電池數(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DRBN內(nèi)42個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的計算公式為
4. 實例分析
在充電階段，由于采用DRBN儲能系統(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。
圖5 80個DRBN的電壓標(biāo)準(zhǔn)差平均值
表1 80個DRBN的分類結(jié)果
