中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從項(xiàng)目設(shè)計(jì)角度概述儲(chǔ)能行業(yè)的現(xiàn)狀。本文重點(diǎn)介紹準(zhǔn)確模擬電池衰減的難點(diǎn)，以及如何創(chuàng)新解決方案來解決這一差距！
如今，并網(wǎng)電池系統(tǒng)的開發(fā)過程面臨著許多挑戰(zhàn)。其中最顯著的挑戰(zhàn)是，開發(fā)人員無法在從電池 OEM 采購之前（設(shè)計(jì)階段之后）準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池系統(tǒng)將如何衰減。那時(shí)，開發(fā)人員已經(jīng)鎖定在一家電池 OEM 上，錯(cuò)過了“購買”最適合其特定用例的電池產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。所選的電池產(chǎn)品很可能不是最適合該用例的。即使它是，你怎么知道呢？這僅僅是因?yàn)閺奈磳?duì)不同電池產(chǎn)品（針對(duì)當(dāng)前用例）的衰減估計(jì)進(jìn)行過并排比較。為什么？因?yàn)榕c太陽能行業(yè)不同，開發(fā)人員能夠使用 PVsyst 等軟件（具有用于 PV 模塊的精確 PAN 文件）以極高的精度估算年度太陽能發(fā)電量，而沒有廣泛使用的精確建模工具（和電池模型）。這是由于多種原因造成的。首先，鋰電池衰減建模極其復(fù)雜，因?yàn)樗歉叨确蔷€性的，并且取決于一系列參數(shù)，如 C率、能量吞吐量、日歷壽命、電池溫度、放電深度、循環(huán)平均值和中心 SoC（這些都只是描述電池系統(tǒng)如何調(diào)度的術(shù)語）。如果這還不夠的話，電池 OEM 不遺余力地保護(hù)他們的電池衰減模型及其性能特征，而太陽能行業(yè)則不同，在太陽能行業(yè)中，PV 面板 PAN 文件由 OEM 和第三方測(cè)試實(shí)驗(yàn)室提供。
有一些解決方案！嗯，有些比其他的更好。一些顧問已經(jīng)轉(zhuǎn)向靈活性能保證* (FPG) 比例估計(jì)。這是當(dāng)顧問從電池 OEM（來自過去的項(xiàng)目）積累電池 FPG 并使用其中的衰減估計(jì)值來推斷具有不同工況的新項(xiàng)目的衰減情況時(shí)。例如，如果您有項(xiàng)目 A 的 OEM FPG，并且它顯示電池工況的年度衰減率為 2%，年吞吐量為 1000MWh，您會(huì)假設(shè)新的項(xiàng)目 B，其年吞吐量為 2000MWh，每年將衰減4%。很簡(jiǎn)單，對(duì)吧？不完全是，這種過度簡(jiǎn)化沒有考慮到項(xiàng)目 A 和 B 的 1000MWh 和 2000MWh 吞吐量是如何調(diào)度的。它忽略了大量嚴(yán)重影響衰減的關(guān)鍵電池調(diào)度參數(shù)（C 率、DoD、平均 SoC、環(huán)境等）。例如，此處顯示的曲線是從對(duì)許多類似鋰電池的加速衰減測(cè)試中推導(dǎo)出來的，這些電池均在 10% 放電深度 (DoD) 下循環(huán)，具有不同的平均 SoC。需要說明的是，平均 SoC 為 25% 的藍(lán)色曲線意味著這些電池在 30% 到 20% SoC 之間連續(xù)放電和充電。同樣，橙色曲線表示在 55% 到 45% SoC 之間循環(huán)。注意到了嗎？它們每個(gè)循環(huán)的衰減程度都非常不同，即使它們都運(yùn)行了相似的循環(huán)次數(shù)（相似的能量吞吐量）！在橙色曲線的最佳情況下（平均 SoC 50%），2000 次循環(huán)使我們的電池健康度 (SoH) 達(dá)到 92%。而紫色曲線的最壞情況（平均 SoC 90%）在同樣的 2000 次循環(huán)中使我們的電池健康度達(dá)到 77%（相同的能量吞吐量）。那么這告訴我們什么？電池循環(huán)的調(diào)度方式很重要！使用 FPG 比例估計(jì)會(huì)導(dǎo)致衰減估計(jì)中出現(xiàn)不可忽略的錯(cuò)誤。這可能會(huì)給開發(fā)人員帶來很多麻煩，具體取決于實(shí)際執(zhí)行的循環(huán)類型與 FPG 縮放所基于的循環(huán)類型之間的差異。想想看，如果 FPG 縮放基于上面的橙色曲線，而執(zhí)行的循環(huán)更像紫色曲線，那么電池業(yè)主可能會(huì)在2000 個(gè)循環(huán)標(biāo)記處看到電池健康狀況（估計(jì)值與實(shí)際值）驚人的 15% 差異。好的一面是，一些開發(fā)人員在電池項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)確保 FPG 時(shí)是堅(jiān)定不移的。所以至少在那個(gè)時(shí)候，他們將能夠更準(zhǔn)確地估計(jì)電池衰減。
但是，開發(fā)人員如何在電池項(xiàng)目開發(fā)的早期設(shè)計(jì)（和融資）階段獲得更準(zhǔn)確的衰減估計(jì)？他們?nèi)绾卧谠缙跒樘囟ㄓ美x擇最佳電池化學(xué)（和 OEM）？市場(chǎng)上有一些工具可以模擬電池系統(tǒng)的衰減，而不僅僅是循環(huán)（或能量吞吐量）。這些工具可以讓開發(fā)人員更接近于實(shí)際比較電池 OEM 在不同用例（循環(huán)具有不同的放電深度、平均 SoC、環(huán)境溫度等）下的性能。這些新工具將清楚地表明，上面的紫色曲線（平均 SoC 90%）與最佳情況（2000 次循環(huán)）相比，將導(dǎo)致額外的 15% 衰減。自然，這將促使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員改變用例或選擇具有更高平均 SoC 循環(huán)的其他電池化學(xué)（或 OEM）。目前，這些先進(jìn)的建模工具似乎是實(shí)現(xiàn)大約 95% 或更高準(zhǔn)確度的良好解決方案。
我們能在早期獲得更高的準(zhǔn)確度嗎？唯一更好的解決方案是讓可靠的實(shí)驗(yàn)室在電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間對(duì)每個(gè)電池 OEM 產(chǎn)品執(zhí)行加速衰減測(cè)試。這會(huì)非常昂貴并且需要很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)閿?shù)十個(gè)（甚至數(shù)百個(gè)）電池需要以不同的循環(huán)類型（改變 C 率、DoD、平均 SoC、環(huán)境溫度等）進(jìn)行循環(huán)。然后必須疊加結(jié)果以推斷應(yīng)力函數(shù)參數(shù)。除了所涉及的復(fù)雜性之外，這還需要很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槟獓L試以特定的 C 率運(yùn)行數(shù)千次循環(huán)。想想看，在 1C 下循環(huán)，1000 次循環(huán)需要 2000 小時(shí)（充電一小時(shí)，放電一小時(shí)），而在 0.5C 下循環(huán)，相同的循環(huán)次數(shù)需要 4000 小時(shí)（167 天）?，F(xiàn)在，您可能有耐心并且有經(jīng)濟(jì)能力做到這一點(diǎn)，但您必須記住，電池 OEM 會(huì)非常頻繁地更新其產(chǎn)品（6-18 個(gè)月）。因此，您辛苦獲得的測(cè)試結(jié)果和后續(xù)模型很可能不再有效，因?yàn)樵撾姵?OEM 不再銷售該電池！
那么，我們?cè)摵稳ズ螐?？雖然目前還沒有靈丹妙藥，但這些新的先進(jìn)電池建模工具似乎正在獲得關(guān)注，并提供投資者和開發(fā)商滿意的準(zhǔn)確度。我們只能希望它們能夠發(fā)展和傳播到電池 OEM 注意到并采用其標(biāo)準(zhǔn)化模型的地步，就像 PV 面板制造商采用 .PAN 模型文件格式一樣。
*靈活性能保證 (FPG)：FPG 是電池 OEM 提供的保修文件，可保證如果按照系統(tǒng)開發(fā)人員描述的方式（通常通過電池工況/時(shí)間序列）操作電池，其電池電芯的性能會(huì)如何下降。換句話說，它將開發(fā)人員估計(jì)的年度所需吞吐量水平與保證的年度電池能量容量聯(lián)系起來。一些 FPG 還描述了如果電池運(yùn)行超過允許的年度吞吐量，保證的年度能量容量將如何變化。
特別感謝 Jakir Hossain 博士、Robin Bisht 博士、Arun Suresh、Aniket Joshi 和 Sukumar Kamalasadan 博士推導(dǎo)了本文中所示的衰減曲線。還要特別感謝北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校能源生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施中心對(duì)這項(xiàng)工作的支持。
