中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開(kāi)。在4月24日下午的“儲(chǔ)能電站與技術(shù)應(yīng)用（一）專場(chǎng)”，來(lái)自廣州智光儲(chǔ)能科技有限公司副總經(jīng)理付金建在會(huì)上分享了主題報(bào)告《級(jí)聯(lián)型高壓大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)研究進(jìn)展》，以下為演講實(shí)錄：
付金建：非常感謝組委會(huì)讓我在這里和大家分享我們?cè)凇凹?jí)聯(lián)型高壓大容量?jī)?chǔ)蓄技術(shù)研究進(jìn)展”，去年的儲(chǔ)能大會(huì)上我也做了報(bào)告，向大家第一次來(lái)介紹這樣一個(gè)技術(shù)，在去年的大會(huì)上面有好幾個(gè)公司也在做這方面的介紹。
經(jīng)過(guò)一年的時(shí)間里我們也有一些項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)新的數(shù)據(jù)，在這里向大家做一些分享。作為新的技術(shù)路線，相信大家可能心里有好奇，但是也會(huì)有懷疑，希望通過(guò)我們實(shí)際的一些情況向大家來(lái)做說(shuō)明，一起來(lái)探討這個(gè)新的技術(shù)，也非常歡迎同行們、還有一些可能即將希望成為同行的公司一起來(lái)研究高壓極聯(lián)性的這種大容量?jī)?chǔ)蓄的技術(shù)。
我今天的介紹準(zhǔn)備了四個(gè)部分，重點(diǎn)會(huì)放在第二個(gè)部分和第三個(gè)部分的介紹。
第一部分，想說(shuō)明一下我們的手機(jī)和我們大容量的儲(chǔ)能有什么樣的區(qū)別，大家知道手機(jī)大家用了幾十年的時(shí)間了，手機(jī)生產(chǎn)的數(shù)量和我們儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)量相比，手機(jī)的數(shù)量可以說(shuō)非常非常龐大，但是它們的表現(xiàn)確實(shí)有很大的差異。為什么有這樣的差異呢？相信通過(guò)兩組圖片大家就能夠理解了。
大家知道手機(jī)相當(dāng)于左邊這個(gè)，現(xiàn)在大家在做的儲(chǔ)能相當(dāng)于右邊這個(gè)，他們最大的區(qū)別就是，大規(guī)模的儲(chǔ)能需要有序的運(yùn)行，需要去監(jiān)控它，需要去細(xì)化的管理它，手機(jī)是一塊電池在工作，但是我們大型的儲(chǔ)能系統(tǒng)是幾千、幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)個(gè)電池在工作，我們對(duì)大的管理、控制非常重要，作為高壓極聯(lián)儲(chǔ)能我們做的就是細(xì)化對(duì)電池系統(tǒng)的管理，讓它發(fā)揮更大的作用，讓它的容量用得更大，讓它的安全性更高，這個(gè)是我們所需要的。不同的管理大家都知道，不同的隊(duì)伍它的戰(zhàn)斗力、大的表現(xiàn)肯定是不一樣的，這個(gè)肯定是有區(qū)別的。
第二部分，向大家介紹這樣一個(gè)技術(shù)，這個(gè)主要是我們的所有的電池系統(tǒng)不管是高壓的、低壓的大家都是采用類似的成組方案，他們的區(qū)別在哪里呢？低壓的方案，并聯(lián)的簇?cái)?shù)可能高一些，單電的簇?cái)?shù)可能少一些，我們認(rèn)為當(dāng)大量的電芯并聯(lián)在一起使用的時(shí)候，即使我們都是新電池，我們大量的電池廠家，很多優(yōu)秀的同行他們已經(jīng)把單電芯的品質(zhì)做的還是不錯(cuò)的，即使我們用全新的電池、同一批次的電池，因?yàn)槊總€(gè)電芯的SOC會(huì)有差異，這個(gè)是不可避免的，運(yùn)行起來(lái)以后它的SOC也肯定會(huì)離散，這個(gè)時(shí)候因?yàn)槲覀儗?duì)電芯的控制細(xì)化的不夠，BMS實(shí)際的能力和我們大規(guī)模儲(chǔ)能所需要的能力還有一定的差距，就會(huì)導(dǎo)致即使是新電芯同批次的非常優(yōu)秀的電芯廠的電芯，由于我們采用了不同的存儲(chǔ)方案，我們并聯(lián)的數(shù)量可能是不一樣的，單個(gè)電池包安裝的數(shù)量可能是不一樣的，有的可能單個(gè)電池包安裝1點(diǎn)幾兆瓦時(shí)，1.2、1.3，有的可能1.6、1.7，但是不一樣以后帶來(lái)的問(wèn)題就是，可能我們電池安裝容量的利用率會(huì)有很大的差別，這個(gè)差別主要是來(lái)源于我們SOC的不一致所帶來(lái)的。我們認(rèn)為，要提高電芯安裝容量的利用率和它的安全性，我們覺(jué)得應(yīng)該要設(shè)計(jì)小容量電池包，盡量對(duì)電池包做精細(xì)化的控制，這個(gè)是我們所追求的。
大家都知道，相信在座的各位專家都非常清楚，這兩張圖要說(shuō)明的是什么呢，我們的電芯并聯(lián)的越多，它的容量可利用去可能會(huì)越低，因?yàn)榇蠹业膮?shù)會(huì)不一致，比如右邊那個(gè)，很多電芯并聯(lián)在一起以后，大家的SOC不可能完全一樣，有差異，就會(huì)引起一些問(wèn)題。另外，大量的電芯并到一起以后，BMS是很難正確的去估計(jì)每個(gè)電芯、每個(gè)電池單體實(shí)際狀態(tài)的，為我們后期運(yùn)行會(huì)埋下一些隱患。可能我們BMS判斷這一堆電池的性能是還可用的，但實(shí)際上并聯(lián)多了以后，可能其中有一個(gè)單體已經(jīng)不行了，可能會(huì)有這樣一些情況。
另外，我們所有的單體，大家一致性做的再好，但是還是會(huì)有差異，在運(yùn)行的過(guò)程中總是會(huì)離散，特也是在它的首端和末端，性能會(huì)離散的。為了保持我們的一致性，所以我們?yōu)槭裁匆タ刂艱OD，在這個(gè)方面也是有其中的一些因素在里。當(dāng)我們并聯(lián)的電池越多的時(shí)候，我們這個(gè)DOD的范圍是不是要縮小，我們運(yùn)行在初期的時(shí)候，比如我們DOD是90%，當(dāng)然這個(gè)90%我這里要說(shuō)明一下，在最近我們一些標(biāo)準(zhǔn)里頭，大家指定的對(duì)SOC的定義，它的分母變量是一個(gè)變化的，當(dāng)然我的分析是在于我們能不能用一個(gè)分母不變的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)電池的可用容量、對(duì)電池使用的容量來(lái)進(jìn)行定義，如果說(shuō)在這種定義的情況下，就意味著當(dāng)我們電池使用連線增加了以后，我們是要去縮短，我們可能要去控制可用容量的，就是說(shuō)我們是不是要去把我們BMS電壓范圍，特別是并聯(lián)到一起以后，當(dāng)我們掌握不了每一個(gè)電芯實(shí)際的情況的時(shí)候，在運(yùn)行的中后期，比如運(yùn)行2年、3年以后，我們要不要把保護(hù)的電壓范圍縮窄，為了安全我們要不要去縮窄，這個(gè)是我們要去考慮的。再有一個(gè)，當(dāng)我們把大量的電芯并聯(lián)到一起以后，它可能會(huì)帶來(lái)一些功率分配上的問(wèn)題、電流分配上的問(wèn)題，它可能會(huì)不均衡。這些就會(huì)導(dǎo)致我們整個(gè)電池的不可控性會(huì)增加。所以我們就主張要做小容量的電池包來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
大家知道我們現(xiàn)在的儲(chǔ)能系統(tǒng)，都希望把整個(gè)儲(chǔ)能電站的容量做的越大越好，單機(jī)的容量做的越大越好，包括大家在搞1500V的直流，包括剛才南都的專家提到的，比如想做更大容量的單機(jī)電池包系統(tǒng)，都是因?yàn)槲覀儍?chǔ)能實(shí)際的需求，對(duì)電量、對(duì)功率的要求越來(lái)越高，所以大家想把單機(jī)的容量做的越來(lái)越大。我們把電池包做小以后我們?cè)趺窗褑螜C(jī)的容量做大呢，也有不同的解決方案，比如交流側(cè)的并聯(lián)和交流側(cè)的串聯(lián)兩種方式，交流側(cè)的串聯(lián)就是我們采用級(jí)聯(lián)式的方案，我們把每一個(gè)電池包，因?yàn)槲覀兪菃未氐?，每個(gè)簇電量用到100度電，我們就可以10千伏輸出的情況下單機(jī)系統(tǒng)做到12兆瓦時(shí)的電量，它的功率按照現(xiàn)在0.5C可以做到單機(jī)基5兆瓦，如果按照1C來(lái)設(shè)計(jì)，做到10兆瓦的水平我們覺(jué)得應(yīng)該是可行的。而且在整個(gè)方案里頭，以現(xiàn)有電芯的水平來(lái)看，如果用100多安時(shí)的電芯，基本上在做10千伏系統(tǒng)的時(shí)候就需要2個(gè)電芯來(lái)并聯(lián)就可以完成整個(gè)系統(tǒng)，如果說(shuō)是用300安時(shí)的電芯，整個(gè)系統(tǒng)電芯完全不用并聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)系統(tǒng)。
級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)都是由一系列的模塊化硬件結(jié)構(gòu)完全一樣的儲(chǔ)能單元來(lái)組成的，每個(gè)儲(chǔ)能單元都有一個(gè)獨(dú)立的電池簇組成的這樣一個(gè)電池包，還有一個(gè)PCS的功率單元做交直流轉(zhuǎn)換組成。單個(gè)儲(chǔ)能單元的容量只有200度電，它的交流側(cè)的輸出電壓大概是300—400V的范圍，當(dāng)我們需要不同的交流電壓的時(shí)候，我們只需要把不同數(shù)量的儲(chǔ)能單元交流側(cè)串聯(lián)起來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)我們想要的電壓，比如要10千伏可能串一定的數(shù)量，需要6千伏串另外一定的數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)我們的需求，一方面實(shí)現(xiàn)了電壓的倍增，另外一方面也通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)就把我們整個(gè)系統(tǒng)的電量和功率都給它做了一個(gè)倍增的擴(kuò)容。
右邊的兩張照片是我們現(xiàn)在研發(fā)的，中間黑色部分是我們的電池柜、電池系統(tǒng)，這是其中的一個(gè)電池包，只有一簇電池，右邊是我們PCS功率單元的位置，整個(gè)系統(tǒng)都是這樣的系統(tǒng)來(lái)組成的。
電力電子裝置交流側(cè)并聯(lián)的技術(shù)是非常成熟的技術(shù)，在類似的場(chǎng)合，比如說(shuō)高壓變頻器、高壓的SVG，實(shí)際已經(jīng)有10幾年的實(shí)際工程使用的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，全球采用類似的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)備已經(jīng)有幾十萬(wàn)套的運(yùn)行，所以中間有很多技術(shù)，比如高壓的一些技術(shù)，高低壓隔離的一些技術(shù)、抗干擾的一些技術(shù)，還有相關(guān)控制的一些技術(shù)，實(shí)際上已經(jīng)有大量的工程雁陣、實(shí)際使用的驗(yàn)證，所以它內(nèi)部的一些技術(shù)我覺(jué)得相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較成熟的。因?yàn)檫@種PCS的成本比我們抵押的PCS成本是要高的，所以前幾年我們儲(chǔ)能的單機(jī)容量不是很大，儲(chǔ)能單個(gè)電站投資規(guī)模不是很大的情況下，用高壓的成本太高，大家可能不容易接受，而且在那種情況下確實(shí)也適合用低壓的。但是如果我們把電站想建得更大，我覺(jué)得不可避免的要考慮是否可以采用這樣的一個(gè)技術(shù)。
在整個(gè)級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中，我們加入了一個(gè)電池簇的功率控制技術(shù)。大家都知道，在我們現(xiàn)有的第一儲(chǔ)能技術(shù)路線里頭，我們的單個(gè)電池包都是有很多簇的電池來(lái)組成的，這個(gè)電池包共用的是同一臺(tái)PCS，比如大家常見(jiàn)的500千瓦或者600千瓦的PCS，當(dāng)通過(guò)PCS把交流的功率注入到這樣的電池包里的時(shí)候，這個(gè)功率電流在不同的電池簇之間進(jìn)行分配的時(shí)候，依靠的僅僅是直流系統(tǒng)、電池系統(tǒng)它的內(nèi)部的電阻來(lái)進(jìn)行的分配，內(nèi)部是不可控的，內(nèi)部是不可控的情況下就會(huì)導(dǎo)致大家的出力會(huì)有差異。在前期的時(shí)候，在新電池的時(shí)候，大家的內(nèi)阻，通過(guò)我們成Pack的時(shí)候進(jìn)行電芯篩選、Pack的一些工藝控制，在新電芯的時(shí)候我們可以控制的相對(duì)比較好，不會(huì)有特別突出的問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候是可以使用的。但是我們使用的時(shí)間長(zhǎng)了以后，大家都知道這個(gè)參數(shù)肯定是會(huì)離散的，這個(gè)是不可避免的，因?yàn)槎贾牢覀円粋€(gè)集裝箱里頭溫差是比較大的，差個(gè)7、8度可能都會(huì)比較常見(jiàn)，老化速度是不一樣的，內(nèi)阻會(huì)離散的，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)電池系統(tǒng)新的我們按照500千瓦工作沒(méi)有問(wèn)題，運(yùn)行2年以后安全的工作是我們需要考慮的問(wèn)題。
當(dāng)然在這個(gè)以外我們還有一個(gè)電芯的SOC要去做均衡，現(xiàn)在主要我們依賴于BMS來(lái)做均衡，當(dāng)然BMS的均衡技術(shù)大家研究的很多了，這幾天也有專門做BMS研究的同行來(lái)做解說(shuō)，我就不詳細(xì)展開(kāi)，但是我覺(jué)得在現(xiàn)有的BMS發(fā)展水平下面，如果它要去承擔(dān)靠我們現(xiàn)有的，比如我們可能會(huì)用到很大容量的電芯，光靠現(xiàn)有的BMS要去實(shí)現(xiàn)它的均衡，能力還是有所限制的。我們通過(guò)電池包小型化設(shè)計(jì)，就要把溫度空間縮小，而且在不同的電池包、不同的電池簇，因?yàn)榇蠹蚁嗷ブg是獨(dú)立的，所以大家老化速度即使有差異，相互之間實(shí)際上可以通過(guò)PCS來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)我們的電池系統(tǒng)工作時(shí)間長(zhǎng)了以后，比如有的簇保持的容量比較高、性能比較好，有的簇可能差了一點(diǎn)，我們?cè)诠ぷ鞯臅r(shí)候，因?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)為我們每一個(gè)電池簇都設(shè)置了一個(gè)獨(dú)立的功率單元交直流的轉(zhuǎn)換，我們可以根據(jù)各個(gè)簇實(shí)際情況不一樣控制它的運(yùn)行功率，比如第一個(gè)簇的情況要好一些，我就讓它工作功率大一點(diǎn)，這樣我就可以把全生命周期里讓整個(gè)電池系統(tǒng)都保持在一個(gè)比較好的運(yùn)行狀態(tài)下。通過(guò)直接的高壓輸出我們可以在一些場(chǎng)合去省掉變壓器，提高整個(gè)系統(tǒng)的容量。我們這個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)然所有電力電池系統(tǒng)都會(huì)有諧波，我們都必須考慮消諧的方式，低壓大家都采用濾波的方式，高壓的方式是采用直接消除正旋波，沒(méi)有濾波環(huán)節(jié)，就不存在濾波環(huán)節(jié)的問(wèn)題，有相當(dāng)多的論文大家可以下來(lái)自行去查閱。
在單機(jī)響應(yīng)速度這塊，高壓反應(yīng)速度是非?？斓?，在我們現(xiàn)有系統(tǒng)測(cè)試情況下基本上3毫秒左右就可以完成所有狀態(tài)之間相互的切換，來(lái)做響應(yīng)。在整個(gè)控制上面也可以實(shí)現(xiàn)，比如說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)多種控制，如果說(shuō)我們的電站容量比較小，比如說(shuō)5兆瓦、10兆瓦這樣的電站，我們用一套系統(tǒng)就可以滿足我們整個(gè)建站的需求，就可以實(shí)現(xiàn)比如調(diào)度可以直調(diào)這套系統(tǒng)，而不需要中間去中轉(zhuǎn)，這樣就可以提高整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
再有一個(gè)，電芯的切換冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)然也有相應(yīng)的一些設(shè)計(jì)，時(shí)間關(guān)系不再展開(kāi)。
我們也考慮到，比如構(gòu)建一個(gè)50兆瓦/100兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能電站我們可以怎么來(lái)做。我們給的方案，就是可以在110或者220的變電站，直接設(shè)計(jì)一臺(tái)雙繞阻的組變，設(shè)計(jì)2條10千伏的高壓母線，每個(gè)母線下面掛5套系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)50兆瓦/100兆瓦時(shí)的需求。
如果用兩種不同方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，如果用低壓方案，現(xiàn)在主流可能用2兆瓦的單元為主，這種情況下可能在抵押狀況下需要25個(gè)這樣的單元來(lái)完成，兩個(gè)一對(duì)比，如果從數(shù)據(jù)上來(lái)對(duì)比，基本上在儲(chǔ)能系統(tǒng)得太數(shù)上面，高壓會(huì)大量的減少，10千伏的變壓器情況下高壓也會(huì)大幅度減少，10千伏的開(kāi)關(guān)數(shù)量也會(huì)減少，400V的開(kāi)關(guān)也是大幅度減少，單個(gè)電池包安裝電芯的容量大幅度減少，當(dāng)然直流的東西也會(huì)減少，需要調(diào)控的一次調(diào)頻的數(shù)量大幅度減少，去減輕我們?cè)谛畔⒑涂刂七@塊的一些壓力。我們覺(jué)得在儲(chǔ)能電站的運(yùn)行過(guò)程中我們要特別關(guān)注在電站運(yùn)行的中后期它的運(yùn)行基本情況，這里不再詳述。
這是我們運(yùn)行的數(shù)據(jù)，這個(gè)是我們?cè)谖覀冏约旱碾娬纠镱^實(shí)際運(yùn)行的情況，在不投入PCS均衡功能的情況下，就是PCS不對(duì)電池簇的SOC進(jìn)行均衡控制的情況下，裝機(jī)3兆瓦時(shí)的系統(tǒng)把它跑很多次以后，跑特別長(zhǎng)時(shí)間以后會(huì)發(fā)生SOC離散，這個(gè)時(shí)候電池雖然是新的，但是電量會(huì)下降。投入這個(gè)功能以后，可以快速的把各個(gè)簇之間的SOC拉平，基本上現(xiàn)在拉到2%、3%以內(nèi)，這樣帶來(lái)的好處，就是相同的電池，比如這是一個(gè)3兆瓦時(shí)的安裝容量，我們現(xiàn)在基本上是可以做到2800度電以上的水平，在不用這個(gè)的時(shí)候基本上2300、2400的水平，（PPT）這是電壓的情況、這個(gè)是總壓的情況、這個(gè)是溫度的情況，基本上每個(gè)電池簇的溫差在3度以下，這個(gè)是我們諧波測(cè)試的數(shù)據(jù)，在一個(gè)額定的工況下。
這是我們?nèi)ツ甑那闆r，有幾個(gè)項(xiàng)目即將投運(yùn)，我們?cè)谧约簭S區(qū)的項(xiàng)目，一方面用做極聯(lián)型相關(guān)新技術(shù)的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)，另外一方面，也作為我們所承擔(dān)的儲(chǔ)能系統(tǒng)在廠內(nèi)陪試的設(shè)備。
我的介紹就到這里，謝謝大家！
（本文根據(jù)錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
