中國儲能網(wǎng)訊：儲能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)年后，會面臨電池衰減、SOC/SOH不一致的情況，這是歷年來鋰離子電池幾乎“無解”的問題。
為提升儲能系統(tǒng)全生命周期的安全性和經(jīng)濟(jì)性，避免“短板效應(yīng)”，就要解決電芯之間、電池包之間、電池簇之間的均衡問題，讓儲能電池系統(tǒng)內(nèi)部在電壓、容量和狀態(tài)上達(dá)到相對一致的狀態(tài)。
那么，對于儲能系統(tǒng)而言，究竟需要怎樣的均衡技術(shù)？
通常，電芯之間的均衡主要通過BMS被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡來實(shí)現(xiàn)，BMS采用主動(dòng)均衡的效果相對更好。
數(shù)據(jù)顯示，按照項(xiàng)目容量統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)儲能項(xiàng)目98%采用被動(dòng)均衡BMS，而海外儲能項(xiàng)目約74%采用被動(dòng)均衡BMS，主動(dòng)均衡的項(xiàng)目占比達(dá)26%。儲能BMS廠商也向高工儲能表示，主動(dòng)均衡產(chǎn)品在國內(nèi)市場的銷量很小，但在海外市場有不少應(yīng)用。
近日，海辰儲能在美國發(fā)布6.25MWh長時(shí)儲能系統(tǒng)解決方案，該系統(tǒng)首次采用外置主動(dòng)均衡設(shè)備，可根據(jù)后期運(yùn)維需求增加。此外，陽光電源、科陸電子等聚焦海外市場的企業(yè)推出的儲能系統(tǒng)也配置了主動(dòng)均衡BMS。
不過，BMS被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡都有各自的局限性，被動(dòng)均衡電流太小，BMS主動(dòng)均衡不僅提高了成本還增加了故障率，受到行業(yè)詬病。
有企業(yè)表示，BMS主動(dòng)均衡的作用有限（并非無用），隨著儲能電芯的一致性越來越好，組串式儲能系統(tǒng)無需主動(dòng)均衡，通過一簇一管理的設(shè)計(jì)，可以讓三四線電芯廠的電芯達(dá)到頭部電芯的效果。
BMS主動(dòng)均衡本質(zhì)上是作用于電芯之間的DC/DC模塊（直流-直流變換器，通過電子開關(guān)技術(shù)將一種直流電源電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓級別），如果要進(jìn)一步提高均衡效果，實(shí)現(xiàn)電池包乃至電池簇之間的均衡，就要采用額外的DC/DC模塊來調(diào)節(jié)電壓。
無論是BMS主動(dòng)均衡，還是部分企業(yè)推出的電池簇控制器/均衡器/優(yōu)化器等，都是通過控制電流來實(shí)現(xiàn)均衡，本質(zhì)上都是DC/DC模塊。
多家廠商在不同規(guī)格的儲能產(chǎn)品上先后推出了電池簇或電池模組增加DC/DC模塊的系統(tǒng)方案，包括華為、古瑞瓦特、首航新能源、思格新能源、互宇數(shù)能、先陽新能源、海雷新能源等，雖然成本有所增加，但均衡效果相對更好。
各類均衡技術(shù)之爭
儲能系統(tǒng)的壽命長達(dá)20年甚至更久，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，單體電池之間的離散性必然會拉大，電池包SOH的差異也會導(dǎo)致電池簇“充不滿，放不光”的容量失配問題?？梢源_定的是，電池均衡是儲能系統(tǒng)必不可少的功能之一。
BMS被動(dòng)均衡、BMS主動(dòng)均衡、電池簇管理器/均衡器/優(yōu)化器等，都可以讓儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同程度的均衡。
被動(dòng)均衡的電流在100mA左右，主動(dòng)均衡的能夠?qū)崿F(xiàn)的均衡電流通常在5A以內(nèi)，增加電池簇管理器/均衡器/優(yōu)化器等DC/DC模塊能夠?qū)崿F(xiàn)更大的均衡電流。
用通俗的方式來理解，主動(dòng)均衡類似于“劫富濟(jì)貧”，而被動(dòng)均衡只“劫富不濟(jì)貧”。
被動(dòng)均衡屬于能量耗散式均衡，是在電芯上并聯(lián)一個(gè)電阻，當(dāng)有的電芯未尚未充滿，有的電芯已充滿時(shí)，通過電阻對已滿電的電芯以熱量形式釋放電量。
主動(dòng)均衡是非能量耗散式均衡，在電池充放電循環(huán)期間，將能量高的電芯里面的能量，轉(zhuǎn)移到能量低的電芯里。
頭部BMS廠商表示，目前國內(nèi)主動(dòng)均衡BMS的出貨量非常小，市場接受度低。
據(jù)了解，目前國內(nèi)市場BMS主動(dòng)均衡市場接受度不高的原因，一方面在于，國內(nèi)儲能系統(tǒng)的運(yùn)行率遠(yuǎn)低于海外，對均衡能力的需求剛性不明顯。采購主動(dòng)均衡BMS大約需要增加0.01~0.02元/Wh成本，儲能的盈利能力不足，很少有人愿意為主動(dòng)均衡帶來的“溢價(jià)”買單。
另一方面，BMS被動(dòng)均衡結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品穩(wěn)定性高，主動(dòng)均衡的硬件架構(gòu)更為復(fù)雜，由于內(nèi)部增加了均衡電路，增加了失效和故障風(fēng)險(xiǎn)。而且通常BMS主動(dòng)均衡也只能實(shí)現(xiàn)電池簇內(nèi)的能量均衡。
尤其是在國內(nèi)儲能盈利難的情況下，絕大多數(shù)項(xiàng)目都選擇了價(jià)格更低、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性相對更好的被動(dòng)均衡產(chǎn)品。
思源電氣的大儲系統(tǒng)采用的是一簇一管理、AC存儲交直流一體設(shè)計(jì)，思源電氣告訴高工儲能，如果系統(tǒng)內(nèi)部電芯SOH差異只有5%以內(nèi)，理論上來說，被動(dòng)均衡足矣。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，BMS的主動(dòng)均衡能夠發(fā)揮的作用有限，目前越來越多儲能系統(tǒng)采用一簇一管理設(shè)計(jì)，電芯的一致性也越來越好，從運(yùn)行的效果來看，如果加上主動(dòng)均衡或均衡器等，反而容易提高故障率，通過一簇一管理的設(shè)計(jì)，可以使三四線廠商的電芯達(dá)到頭部電芯的效果。
由于價(jià)格相對更低，國內(nèi)大部分源網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)都是集中式架構(gòu)。業(yè)內(nèi)人士表示，集中式架構(gòu)的大儲系統(tǒng)，還需要解決簇與簇之間的均衡問題，對均衡能力的要求相對組串式更高一些。
為了應(yīng)對BMS被動(dòng)均衡效果不足、主動(dòng)均衡容易引起故障的問題，越來越多儲能企業(yè)自研均衡技術(shù)。不過，配置BMS主動(dòng)均衡或增加DC/DC模塊也意味著成本提高。
高工儲能采訪了解到，海辰儲能推出的6.25MWh長時(shí)儲能系統(tǒng)解決方案，可以在后期電池出現(xiàn)故障時(shí)，增加外置主動(dòng)均衡設(shè)備。
海辰儲能自研的主動(dòng)均衡設(shè)備也是用于電池之間的均衡，但與常規(guī)的BMS主動(dòng)均衡產(chǎn)品有所差異，也并非常規(guī)的DC/DC模塊，相比之下穩(wěn)定性更高，成本也相對適中。
優(yōu)化器/均衡器有無必要？
長期以來，在國內(nèi)儲能市場，電芯的主動(dòng)均衡尚且難以推廣，電池包、電池簇的均衡方案似乎更難找到用武之地。
由于大儲、工商儲、戶儲的整體能量、電芯數(shù)量、工作電流等方面差異，大儲對均衡能力的要求也相對高于工商儲和戶儲。不過，無論是大儲、戶儲還是工商儲，都會面臨對儲能系統(tǒng)均衡能力要求高的場景。
當(dāng)BMS主動(dòng)均衡難以滿足以下三個(gè)場景需求的時(shí)候，額外增加DC/DC模塊方案的價(jià)值便能凸顯出來。
根據(jù)高工儲能調(diào)研了解，對電池包、電池簇均衡能力要求高的場景主要是三個(gè)：一是儲能系統(tǒng)運(yùn)行多年后，出現(xiàn)較大的離散性；二是電池原廠電池包本身一致性不太好，或用于梯次電池儲能；三是儲能系統(tǒng)中有個(gè)別電池包損壞，需要更換全進(jìn)行新舊電池混用。
華為率先在業(yè)內(nèi)推出了智能組串式儲能系統(tǒng)，其獨(dú)特之處在于每個(gè)電池Pack里面裝有BMU外，還裝有優(yōu)化器（兩個(gè)可控硅開關(guān)），每個(gè)電池簇還配置了控制器（DC/DC模塊）。當(dāng)部分電池充滿電后，通過優(yōu)化器和簇控制器調(diào)節(jié)電壓和電流給其他沒充滿的電池Pack充電，各簇電壓靈活調(diào)節(jié)。
不過，拋開成本方面，華為智能組串式系統(tǒng)產(chǎn)品也并未絕對的“遙遙領(lǐng)先”，由于該系統(tǒng)采用四級BMS架構(gòu)，整體效率有所降低。
除了華為，也有其他企業(yè)在工商業(yè)儲能、戶用儲能、基站儲能等領(lǐng)域推出了增加DC/DC模塊的產(chǎn)品。
先陽新能源為工商業(yè)儲能定制研發(fā)了“智能均衡器”，也是通過調(diào)節(jié)電池包的充放電電流，可以有效解決電池木桶效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)剩余容量最大程度的利用。
高工儲能了解到，在先陽新能源工商業(yè)儲能柜中，假設(shè)其中一個(gè)電池包SOH或SOC與其他電池包差異較大的情況下，通過智能均衡器，調(diào)節(jié)后各個(gè)電池包充放電電流的差異甚至可以超過50%，從而使SOH或SOC差異大的電池包同時(shí)充滿或放空。
據(jù)互宇數(shù)能CEO向超耀介紹，針對電池木桶效應(yīng)這個(gè)痛點(diǎn)問題，互宇數(shù)能自研主控式儲能技術(shù)，其核心就在于電池包優(yōu)化器和電池簇優(yōu)化器。
互宇數(shù)能的方案在硬件上同樣屬于DC/DC模塊，但在軟件層面也有明顯的差異化，自研的EMS系統(tǒng)可以協(xié)同DTU云平臺，滿足數(shù)百個(gè)站點(diǎn)的協(xié)同管理。
互宇數(shù)能主要產(chǎn)品包括用戶能源和站點(diǎn)能源，包括戶用儲能、工商業(yè)儲能、基站儲能等，均采用搭配優(yōu)化器的儲能解決方案。
尤其是基站儲能，傳統(tǒng)的基站采用鉛酸電池，而互宇數(shù)能基于主控式技術(shù)的基站疊儲方案，不僅可以實(shí)現(xiàn)新舊電池混用，鉛酸和鋰電儲能電池也可以混用。
在應(yīng)用成熟的戶用儲能領(lǐng)域，也有多家廠商推出了搭載Pack級DC/DC的戶儲方案，除了華為之外，還有古瑞瓦特、首航新能源、思格新能源、海雷新能源等企業(yè)也采用這種技術(shù)路線。
海雷新能源的戶儲產(chǎn)品的核心亮點(diǎn)在于采用低壓280Ah電池+DC/DC升壓的方案，配置了電池包級DC/DC模塊（BMS主動(dòng)均衡），均衡電流可達(dá)5A，幫助提升2-3年的產(chǎn)品壽命，用戶可以靈活擴(kuò)容、擴(kuò)功率。此外，高壓堆疊戶儲電池還配備了模組級DC/DC。
一方面，把280Ah低壓電芯應(yīng)用到戶儲上，再通過DC/DC模塊升壓，降低了電芯成本，也能夠減緩電池容量衰減的速度，提高戶儲系統(tǒng)的循環(huán)壽命；另一方面，如果后期需要擴(kuò)容電池，在原有的戶儲電池系統(tǒng)上增加新的Pack也可以輕松實(shí)現(xiàn)。
隨著儲能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間拉長，必然會出現(xiàn)電池電壓和容量差異越來越大的情況。電池衰減是不可逆的，面對容量衰減、壽命跳水、安全打折、能效降低等一系列問題，電芯層面主要通過預(yù)鋰化、耐高溫等技術(shù)升級，系統(tǒng)層面可以增加DC/DC模塊。
高工儲能認(rèn)為，對于儲能系統(tǒng)而言，BMS主動(dòng)均衡能夠發(fā)揮不錯(cuò)的效果，但穩(wěn)定性仍有待提高，均衡器/優(yōu)化器的均衡能力更強(qiáng)，但成本和穩(wěn)定性仍有進(jìn)步的空間，找到適配的場景才能發(fā)揮出最大的效果。
