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2017城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展(北京)論壇暨能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目建設(shè)與合作研討會于2017年12月1日在北京舉辦。
下午技術(shù)論壇環(huán)節(jié),國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心主任姜久春發(fā)表演講,主題是:鋰電池儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。
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姜久春:
我講的是關(guān)于電池儲能,我們交大一直在做儲能方面,從電力系統(tǒng)、電動汽車一直到軌道交通,我們今天講的是關(guān)于電力系統(tǒng)應(yīng)用中,我們正在做的一些事情。
我們主要研究方向:一個是微網(wǎng),一個是電池應(yīng)用,在電池應(yīng)用,我們最早坐的電動汽車就用到電力系統(tǒng)儲能。
關(guān)于電池儲能最主要的問題,第一個問題是安全;第二個是壽命、然后是高效。
儲能系統(tǒng),目前首先要考慮的是安全問題,然后才是效率,堅持效率、變電器的率還有壽命,還有電池衰退之后能量利用率的問題,可能這個問題在很多時候沒有一個量化的指標(biāo)來描述它,但是對儲能來說應(yīng)該是非常重要。我們希望通過幾方面的事情,能夠解決安全壽命高效的問題,一個標(biāo)準(zhǔn)化儲能系統(tǒng)、電池狀態(tài)的梳理分析系統(tǒng),儲能系統(tǒng)在電動車和公交系統(tǒng)用得非常多。
目前大家都在用的儲能系統(tǒng),節(jié)點控制器和智能配電箱的使用,提升系統(tǒng)整體經(jīng)濟性、穩(wěn)定性,增強系統(tǒng)集成商的核心價值,可以和后端的云平臺友好接入。
這是一個集中的能源調(diào)度系統(tǒng)。上午已經(jīng)把這個層次結(jié)構(gòu)講得很清楚,我們可以通過多節(jié)點控制器實現(xiàn)較長時間多能儲能電站和微網(wǎng)協(xié)調(diào)的優(yōu)化調(diào)度。
現(xiàn)在把它做成標(biāo)準(zhǔn)的智能配電柜,這是配電柜的基本特點,包含了各種各樣的功能,充放電的功能、自動保護還有接口的功能,這是標(biāo)準(zhǔn)的配備。
節(jié)點控制器,實現(xiàn)本地能量管理核心設(shè)備,主要數(shù)據(jù)采集功能,監(jiān)測、儲存、執(zhí)行管理策略還有上傳。這里面有一個問題,需要認(rèn)真的深入研究,關(guān)于數(shù)據(jù)上傳時候數(shù)據(jù)采樣率和數(shù)據(jù)采樣的時刻的問題,這樣實行電池后臺的電池數(shù)據(jù)的分析,把電池的維護變成智能的維護,我們也在做一些工作,到底采樣數(shù)量多大,或者存儲的速度有多快,完整描述這個電池當(dāng)前的狀態(tài)。
如果我開部電動車,你會發(fā)現(xiàn)很多電動車狀態(tài),經(jīng)常會變會跳,其實儲能,在電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用面臨同樣的問題,我們希望通過數(shù)據(jù)來解決。我們這里有一個BMS采樣數(shù)量到底多大才合適。
下面我講一下關(guān)于柔性儲能。單體電池,大家都說,我可以做到6千次,裝到汽車上能用到一千次,都很難講,你現(xiàn)在幫它做到儲能系統(tǒng),號稱做到5千次,事實上利用率有多少,因為電池本身有一個大的問題,在衰退過程中電池的衰退是具有隨機性,每一支電池衰退都不一樣,帶來單體電池差異變得越來越大,不同廠家電池衰退的變化不一致性也不一樣,這組電池到底能用多少,能量是可用的,這是需要仔細分析的一個問題。像目前電動汽車上來用的時候,從10到90%在用,衰退到一定程度只能用60%70%,對儲能就提出大的挑戰(zhàn)。
我們能不能按照衰退的規(guī)律進行分組來用,做一個折衷,到底選多大合適得到更好的表現(xiàn),更好的效率,我們希望按照電池衰退的規(guī)律來把它分組,是20支作為一個節(jié)點是比較合適還是40支是比較合適,這里面在效率、電力電子之間做一個平衡優(yōu)化。所以我們做一些關(guān)于柔性儲能,這也是我們一個項目來做這件事情。當(dāng)然了,還有一個比較好的地方,可以梯次利用,我覺得梯次利用這兩年有一定的價值,但是未來是不是值得用,還要思考,充放電的效率、電池的價格一旦降下來,梯次利用有些問題。柔性成組可以解決很大的問題。另外一種高度模塊化,降低整個系統(tǒng)的成本。最大的一個可以提高利用率。
像汽車上用的三年之后的電池,衰退不到8%,利用率只有60%,就是它的差異造成,你做成5組利用率可以達到70%,可以提高利用率。把電池模組串在一起,也可以提高電池利用率。維護后儲能能增加33%。
看這個例子,均衡之后可以提高7%,柔性成組之后,我提高了3.5%,做均衡可以提高7%,柔性成組能帶來一個好處,實際上原因不同廠家電池衰退軌跡不一樣,你要事先知道這組電池會變成什么樣或者參數(shù)分布是個什么樣,然后你再有針對性做一個優(yōu)化。
這是采用的一個方案,模塊全功率獨立電流控制,這不適合大功率的應(yīng)用。
模塊的部分功率獨立電流控制,這個電路適合中高壓、重復(fù)利用。這是MMC電池儲能適合高壓大功率的方案。
另外關(guān)于電池狀態(tài)分析。我一直講電池容量不一致,衰退是有隨機性,電池老化不一致,容量、內(nèi)阻降低很厲害,用這個參數(shù)進行表征,大家用得比較多一個是容量還有一個內(nèi)阻。你要想辦法維護成一致,你需要對每個電池SOC差異進行評價,怎么樣評價這個單體的SOC,然后你才能說這個電池怎么不一致,最大功率能差多少。通過SOC對電池進行維護,單個SOC是怎么來的?,F(xiàn)在的做法都是把BMS放在電池系統(tǒng)上,在線實時估計這個SOC,我們想用另外一個辦法描述它,我們希望通過運行采樣的這些數(shù)據(jù)到后臺來,我們通過后臺的數(shù)據(jù)分析電池的SOC和SOH,在這種基礎(chǔ)上對電池進行優(yōu)化。所以我們希望通過汽車電池數(shù)據(jù),稱不上大數(shù)據(jù),是一個數(shù)據(jù)平臺,通過機器學(xué)習(xí)和挖掘,擴展SOH的估計模型,基于估計結(jié)果給出電池系統(tǒng)全充放電的管理策略。
數(shù)據(jù)上來之后,還有一個好處,我可以對電池健康狀態(tài)做一個預(yù)警。電池著火的事情還是經(jīng)常發(fā)生,儲能系統(tǒng)必須得作為一個安全。我們希望通過后臺數(shù)據(jù)分析做一個建立實時信息和中長期的預(yù)警,找到短時間尺度和長時間尺度安全隱患在線的預(yù)警方法,最后提高整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。
通過這樣,我就可以大幅度做到幾方面,一個提高系統(tǒng)的能量利用率,第二延長電池壽命,第三保證安全,這個儲能系統(tǒng)才能可靠的工作。
到底需要多少數(shù)據(jù)傳上來才能滿足我這個要求,我需要找到最小的極滿足電池運行狀態(tài),這些數(shù)據(jù)可以支撐后邊的分析,數(shù)據(jù)也不能太大,大量的發(fā)數(shù)據(jù),實際上對整個網(wǎng)絡(luò)也很大一個負(fù)載。幾十個毫秒,你采每一支電池的電壓、電流,你傳到后臺這是不可實現(xiàn)的,我們現(xiàn)在找到了一個辦法,我們可以告訴你,應(yīng)該是多大采樣頻率,你需要傳哪些特征數(shù)據(jù),我們把這些數(shù)據(jù)做一個簡單的壓縮,就傳到網(wǎng)絡(luò),電池曲線參數(shù)一個毫秒,足以滿足電池評估的需要,我們數(shù)據(jù)記錄非常非常少。
最后一個,我們說BMS,儲能的成本比電池的成本變得更為重要。你如果把所有的功能都加到BMS,這個BMS成本你是降不下去,我們既然數(shù)據(jù)可以送上來,后邊可以有一個強大的分析平臺,我前面就可以簡化,前面只有數(shù)據(jù)采樣或者簡單保護,做一個非常簡單的一個SOC計算,其它數(shù)據(jù)都由后臺發(fā)上來,這就是我們現(xiàn)在在做的,整個狀態(tài)估算和下邊BMS的采樣,我們經(jīng)過儲能節(jié)點控制器,最后傳到網(wǎng)絡(luò)上,儲能節(jié)點控制器會有一定的算法,下邊這個基本就是檢測和均衡。最終的運算是在后臺網(wǎng)絡(luò)來運算。這是整個系統(tǒng)架構(gòu)。
我們看一下最底層變爹有效簡單,就是均衡,低壓采集和均衡采集到電流采集。儲能節(jié)點控制器告訴下邊怎么處理,包括SOC在這兒進行一次,后臺再進行一次工作。這是我們已經(jīng)在做的智能傳感器,電池管理單元、智能節(jié)點控制器,就把儲能那塊成本大幅度下降。
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