中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：10月12-13日，第五屆儲(chǔ)能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會(huì)在深圳順利召開(kāi)，來(lái)自行業(yè)協(xié)會(huì)、科研院所、知名企業(yè)的代表超過(guò)300名嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。會(huì)議由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、全國(guó)微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合主辦。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)、中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)承辦。杭州高特電子設(shè)備股份有限公司董事長(zhǎng)徐劍虹，在會(huì)上以“基于電池全生命周期的電池管理系統(tǒng)”為題做了精彩演講。
演講全文如下：
各位專家、各位同仁，大家下午好！我今天給大家?guī)?lái)的報(bào)告是基于電池全生命周期的電池管理系統(tǒng)。大家都非常關(guān)注儲(chǔ)能怎么做，比如有很多電池廠、儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)商和集成商，困擾大家的問(wèn)題是整個(gè)電池的成本，另外的問(wèn)題是電動(dòng)汽車的電池怎么應(yīng)用的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題是非常熱門的話題，我從2016年下半年開(kāi)始談這個(gè)問(wèn)題一直到今天，大家可以看到，2013年到2016年我們國(guó)家的汽車產(chǎn)量、電池的消耗量，2020年的時(shí)候，我們預(yù)計(jì)的產(chǎn)量在200萬(wàn)輛的時(shí)候，我們電池的消耗量要達(dá)到100GW，大家也可以看到，電動(dòng)汽車的壽命一般在5-8年，這是比較長(zhǎng)的，早幾年的電池壽命不到這個(gè)時(shí)間。我們看到2013年投運(yùn)的電動(dòng)汽車電池逐漸進(jìn)入推移期，2020年推移的動(dòng)力電池將達(dá)到幾十GW，2025年總量達(dá)到100GW，我們投入這么多電池做電動(dòng)汽車，我們面臨的問(wèn)題是幾年后會(huì)有這么多電池退役下來(lái)，怎么辦？如何介紹對(duì)環(huán)境的壓力，充分利用資源，有效利用這些電池，成為新能源行業(yè)不可回避的問(wèn)題。
我們認(rèn)為電池的全生命周期的梯次利用成為人們充分利用資源、保護(hù)環(huán)境的必由之路。電池的梯次利用用這樣的圖描述出來(lái)，我們電池生產(chǎn)完了之后可能新用在電動(dòng)汽車上，然后商業(yè)儲(chǔ)能、后備電源，進(jìn)行電池的回收，形成循環(huán)的體系。大家都知道，鉛酸電池的回收利用率非常高，在90%以上，鉛酸電池形成了非常好的回收體系和機(jī)制，鋰電池現(xiàn)在還沒(méi)有形成這樣的機(jī)制。在2015年的時(shí)候，國(guó)家已經(jīng)有政策，非常明確，汽車生產(chǎn)企業(yè)，動(dòng)力電池的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該承擔(dān)動(dòng)力電池的回收利用的主體責(zé)任。但是到目前為止，梯次電池該如何做還是很重要的問(wèn)題，梯次利用的可行性，我們公司對(duì)電池壽命周期的測(cè)試，這是真實(shí)的數(shù)據(jù)，我們?nèi)×肆姿徼F鋰電池進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，測(cè)試到10300次左右，容量保持率開(kāi)始低于30%。電池在100%到70%范圍內(nèi)使用，后面使用完了以后電池還有很多可以利用的資源，它還可以作為容量比較低的電池進(jìn)行使用。第二個(gè)信息是電池的壽命曲線和循環(huán)次數(shù)幾乎呈線性的相關(guān)性，大家下面可能看不到，也就是說(shuō)這個(gè)數(shù)據(jù)是磷酸鐵鋰電池，比如三元電池也做過(guò)次類測(cè)試，不是很理想，鉛酸電池和三元電池在后面，在70%左右會(huì)呈現(xiàn)出跳水的現(xiàn)象。我在這里介紹電池的幾次利用主要是針對(duì)磷酸鐵鋰電池而言。
對(duì)一組電池來(lái)說(shuō)，大家可能會(huì)說(shuō)這個(gè)電池經(jīng)過(guò)汽車的使用之后，這個(gè)電池是什么樣的狀態(tài)？這個(gè)電池的狀態(tài)我們做過(guò)一些分析，有數(shù)據(jù)來(lái)支撐，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的表明，電池PACK的容量在70%左右，而單體電池容量經(jīng)過(guò)充放電大部分可達(dá)到80%以上，具有較高的能量利用率。我們有大巴退下來(lái)的電池，還有乘用車退下來(lái)的電池，工況差異很大。我下面有分析，主要的原因還是由于電池制造一致性的差異導(dǎo)致的電池離散性導(dǎo)致的。我們做過(guò)兩個(gè)案例，分析了一些數(shù)據(jù)之后，基本上80%以上沒(méi)有問(wèn)題，甚至有的可以高達(dá)90%以上，整個(gè)能量的利用率還是非常高。這里有一個(gè)問(wèn)題，大家是不是認(rèn)為這個(gè)能量可以用到電動(dòng)汽車上呢？不完全是，因?yàn)殡妱?dòng)汽車除了對(duì)能量有要求，還要有動(dòng)力性能的表現(xiàn)，也就是放電倍率的表現(xiàn)，所以我們會(huì)觀察到電池在它使用的性能逐步衰減之后，不光表現(xiàn)容量的衰減，同時(shí)也表現(xiàn)出它動(dòng)力性能的衰減，它的放電倍率性能的衰減。這兩個(gè)因素都會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池在車上經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用，必須要退役的因素，不是一個(gè)電池在車上的時(shí)候跑250公里，可能下降的容量是60%的時(shí)候，還可以跑150公里還可以繼續(xù)跑，不完全這樣，你會(huì)感覺(jué)車的加速性能繼續(xù)下降，會(huì)帶來(lái)安全的隱患。對(duì)這樣的電池而言，如果我們把它用到儲(chǔ)能上，大家都知道，儲(chǔ)能在削峰填谷的場(chǎng)景，它的充放電一般在0.2到0.5C，不會(huì)大于1C，汽車設(shè)計(jì)的時(shí)候，動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)一般在30以上，盡管性能有所下降，但是面對(duì)儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景還是綽綽有余的。當(dāng)容量繼續(xù)下降，動(dòng)力性能更差的時(shí)候，我可以用在對(duì)容量要求更低，充放電能力要求更低的場(chǎng)合。
在100%-70%可能用在車上，70%-30%用于儲(chǔ)能，從剛才的圖可以看到電池的壽命曲線能夠完全被充分利用，到30%的時(shí)候，這個(gè)電池的壽命可以達(dá)到1萬(wàn)次以上。當(dāng)然跟它的工況還是有關(guān)系，我們做的所有測(cè)試都是100%。30%一下?？梢杂玫腿萘康膱?chǎng)合做被動(dòng)能源使用，充放電次數(shù)很少，它還是有利用價(jià)值。剛才描述了電動(dòng)汽車退役電池的批次利用的可行性，但是它面臨非常大的問(wèn)題，我們現(xiàn)有的批次利用怎么做的呢？基本上是這個(gè)過(guò)程，現(xiàn)在把一個(gè)車的電池包給拆出來(lái)，再拆成電芯，然后經(jīng)過(guò)測(cè)試、篩選，再重新組裝成模組或者PACK，再用于儲(chǔ)能。這就是我們現(xiàn)在的批次利用的辦法，前陣子在無(wú)錫有一個(gè)會(huì)，也有一家企業(yè)介紹，也是采用這樣的方案，很顯然我們從這樣的方案可以看到，假定我的電池成本很低，甚至零成本，整個(gè)的拆解、篩選、重新存儲(chǔ)的成本會(huì)非常高，甚至于有些PACK或者模組沒(méi)有辦法，早期有些是用螺栓擰的，現(xiàn)在是用激光，用激光都沒(méi)有辦法拆，拆了就沒(méi)有辦法用了，所以這樣的應(yīng)用不可行，成本很高，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
所以電池梯次利用的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在幾方面，為什么要拆？因?yàn)殡娦静灰粯?，要測(cè)試，所以遇到的第一個(gè)問(wèn)題是對(duì)梯次利用電池性能的準(zhǔn)確評(píng)估，拆和測(cè)之前不知道每個(gè)電芯的狀態(tài)，這是遇到很大的問(wèn)題。拆的時(shí)候有成本，還有風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)PACK狀況不一樣，沒(méi)有辦法標(biāo)準(zhǔn)化拆解，拆解完了，電池的安全性、可靠性如何保證？如何保證電池的有效壽命？這些都是問(wèn)題，還有利益問(wèn)題，還有如何打消用戶對(duì)梯次利用電池的憂慮和擔(dān)憂，我給他一個(gè)新電池他很開(kāi)心用，當(dāng)告訴他是汽車上退役下來(lái)的電池，他就會(huì)產(chǎn)生很多的憂慮。還有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的體系都沒(méi)有建立起來(lái)。
所以電池組的拆解、測(cè)試、充足成本極高，失去了梯次利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，梯次利用的電池組可用性難以保證。怎么辦？大家都知道高特是做BMS，高特從BMS入手，通過(guò)三方面的技術(shù)突破來(lái)實(shí)現(xiàn)梯次利用。1、高特通過(guò)模組級(jí)的電池管理模塊成組的方式，解決了電池模組內(nèi)單體電芯及電池模組性能準(zhǔn)確診斷，我們的展位一個(gè)模組有一個(gè)電池管理系統(tǒng)，我會(huì)準(zhǔn)確的診斷每節(jié)電芯的狀態(tài)。拆解是模組拆解，這個(gè)狀態(tài)可知。2、高特BMS具有主動(dòng)均衡功能，可有效改善模組內(nèi)的單體電芯一致性，恢復(fù)模組的有效電池能量。3、由于模組中已經(jīng)集成了電池管理系統(tǒng)，電池重組時(shí)不需要再加儲(chǔ)能用BMS。分布式電池管理系統(tǒng)+SOC/SOH+雙向主動(dòng)均衡，這是高特的解決方案。
大家可以看到，這就是我們現(xiàn)在的電池模組的PACK，大部分廠家都是這么做的，電放完之后線連出來(lái)放到外面，拆解的時(shí)候，每個(gè)電芯的情況不可知，我們的方案是把它做到里面去。我們分布式的電池管理系統(tǒng)叫DBM，把它放到電池模組里面，里面每個(gè)電芯的工作狀態(tài)都實(shí)時(shí)診斷和記錄，你拆解的一瞬間知道每個(gè)電芯的狀態(tài)，你使用到現(xiàn)在你的經(jīng)歷，充多少次電、放多少次電，過(guò)充多少次、過(guò)放多少次，全部都應(yīng)該在里面，你不需要再做測(cè)試，這從根本上解決測(cè)試的問(wèn)題。
這就是我們?cè)谡古_(tái)上放的模組照片，這是嵌入里面的模塊，可能照片看的不是太清楚。這是為用戶定制的BMS，大家可能認(rèn)為不是有很多BMS廠家做的小的放到模塊里面嗎？完全不一樣，我們?cè)谶@里面不光是采到電壓、電流、溫度，這個(gè)東西大家都做到了，更重要的是這里面我們有思考、有算法，這樣就構(gòu)成智能化的模組，這個(gè)模組不光提供能量，更可以告訴后面的使用者現(xiàn)在的電池狀態(tài)。第二個(gè)是主動(dòng)均衡和容量恢復(fù)的功能，我們認(rèn)為電池的性能變差的主要原因，大家可能會(huì)說(shuō)電池經(jīng)過(guò)循環(huán)會(huì)逐步衰減，這個(gè)衰減非常慢，基本上在一年的使用情況衰減2%左右，也就是說(shuō)我們實(shí)際的電池衰減非常快，什么原因呢？大家可以看到，由于單個(gè)電芯充的時(shí)候放到頂，放的時(shí)候也是最低電壓，由于它制造的非一致性，使電池充的時(shí)候，某個(gè)電壓高了，其他的電壓沒(méi)有到頭，反過(guò)來(lái)也是如此，隨著電池的一次性越來(lái)越差，容量越來(lái)越小。所以說(shuō)電池組的容量的衰減主要是由于電池的模組內(nèi)非一致性造成的。我們知道電池組模組內(nèi)的性能是呈正態(tài)分布的，放到下限的分布和上限的正態(tài)分布，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，它的正態(tài)分布的寬度越來(lái)越寬，中間的可用空間越來(lái)越少。另外一種極端情況，如果有三節(jié)電池，一個(gè)90AH，一個(gè)80AH，一個(gè)100AH，大家會(huì)覺(jué)得最低的電池容量是80AH，其實(shí)不是的。由于當(dāng)前的電壓處的位置不一樣，所以這三節(jié)電池加起來(lái)的容量并不是等于最小的80AH，可能只有70AH，一個(gè)模組內(nèi)整個(gè)容量的下降是由于非一致性導(dǎo)致的，非一致性我們能夠看到，盡管有80、90、100三個(gè)電池，但是它的結(jié)論不是80，大家可以看到。我們實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常遇到這種電池。
怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？我們認(rèn)為解決電池的非一致性唯一的辦法就是主動(dòng)均衡，現(xiàn)在均衡的辦法很多，有些是拿出來(lái)單獨(dú)給它做維護(hù)，我們認(rèn)為這時(shí)候它的衰減很快，差異性變得很大，必須給它做實(shí)時(shí)的均衡。新的電池由于控制的比較好，出廠配置等等，表現(xiàn)會(huì)有比較好的一致性，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，一致性會(huì)變得越來(lái)越差，當(dāng)過(guò)3-5年以后你會(huì)發(fā)現(xiàn)一致性變得越來(lái)越差。高特采用雙向主動(dòng)均衡技術(shù)，我們把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)給大家看一下，這個(gè)用了幾年的電池組，剛開(kāi)始電池一致性很差，后來(lái)電壓的一致性很好，放電時(shí)間明顯改善。上面電池組24節(jié)，大家可以看到剛開(kāi)始一致性很差，經(jīng)過(guò)均衡之后變好，大家也可以上下對(duì)，它的充放電時(shí)間明顯延長(zhǎng)了。我們用數(shù)據(jù)說(shuō)話，第一次循環(huán)電池組的存儲(chǔ)容量只有65.5AH，經(jīng)過(guò)30次循環(huán)達(dá)到99AH，容量提高了60%，原來(lái)100變成160，所以這個(gè)效果非常明顯，這都是實(shí)際做的測(cè)試數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)如果我們?cè)谕艘鄣碾姵卮蟛糠钟捎谶@種情況造成，只要通過(guò)簡(jiǎn)單均衡就可以拉回來(lái)，大家認(rèn)為是不是均衡一下就可以了？后面幾個(gè)循環(huán)馬上又散了，我們做了測(cè)試，我們均衡完的電池，如果把均衡關(guān)閉掉，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)，很快衰減到2%-4%，這個(gè)衰減會(huì)非?？?。
為此我們做的BMS，除了放在模塊內(nèi)的顯示電壓、電流等的模塊，還可以添加主動(dòng)均衡模塊，這兩個(gè)模塊如果組合在一起，兩個(gè)之間會(huì)有串口，直接可以拿來(lái)使用，非常方便。這就帶來(lái)梯次利用的變革，原來(lái)一個(gè)模組里面是沒(méi)有BMS，我們把BMS放進(jìn)去，形成這樣的模組，我們要做幾次利用的時(shí)候，就變得很簡(jiǎn)單，我們只要把模組告訴我的數(shù)據(jù)，比如大家都是70AH左右，只要串在一起，放到主動(dòng)均衡就OK，根本不需要去測(cè)。既不要測(cè)，也不要拆，這些東西可以拿來(lái)用，所以這是革命性的變化。這種變化就把原來(lái)的過(guò)程，就是重新制造之后重新拿來(lái)用就可以，所以這個(gè)成本會(huì)變得很低，而且可靠性也得到充分的保證，能夠吻合電池壽命衰減的曲線。拆下來(lái)之后，其實(shí)每個(gè)模組的狀態(tài)是可知的，只要拿出來(lái)分類就可以了。
案例，現(xiàn)在有兩個(gè)案例已經(jīng)做了，這是相對(duì)比較大，去年完成的，總的是9MW，當(dāng)時(shí)采用的電池是青島薛家島充放電站和流清河充放電站退役的電池。當(dāng)時(shí)退役1500個(gè)電池箱，我們不做篩選，然后直接測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有1260個(gè)箱子可以直接拿來(lái)用，并不是所有電池都衰減了，可能只是其中很小一部分，這個(gè)比例超過(guò)84%，我們認(rèn)為應(yīng)該是80%以上的電池沒(méi)有問(wèn)題，可以直接拿來(lái)用。我們加了主動(dòng)敢于的模塊，上面有BMS，它只有檢測(cè)的功能，沒(méi)有均衡的模塊，我們加均衡模塊就做完了，很簡(jiǎn)單。里面的模組沒(méi)有變化，BMS沒(méi)有變，因?yàn)闆](méi)有改，看上去比較丑陋，直接加一個(gè)主動(dòng)均衡的模塊就解決了。它的工作量變得非常小。大家可以看到，在我加主動(dòng)均衡模塊之前測(cè)試數(shù)據(jù)很快，到這個(gè)時(shí)候有些電池掉下來(lái)，很多電池還在很高，但是有些掉下來(lái)只能重視，經(jīng)過(guò)均衡之后，大家可以明顯看到一致性變得非常好，幾乎同時(shí)下來(lái)了。這就是其中一個(gè)模組的數(shù)據(jù)，第一次充放電循環(huán)的放電只能到這個(gè)時(shí)刻，經(jīng)過(guò)第八次的時(shí)候，大家可以看到充電已經(jīng)到這么長(zhǎng)，也就是增加了這么大一塊容量，這個(gè)容量至少提升了30%以上，所以原來(lái)這個(gè)模組可能是70%的，可能現(xiàn)在已經(jīng)變成90%以上，所以這個(gè)效果是非常明顯的。我們沒(méi)有做太多的改動(dòng)工作。
高特創(chuàng)新的分布式電池管理系統(tǒng)+SOC/SOH+雙向主動(dòng)均衡，在電池制造成組之后，每個(gè)電芯狀態(tài)隨時(shí)可知，每個(gè)電芯隨時(shí)可以得到有效的均衡維護(hù)，使電池組的性能和壽命得到最大程度的保障，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池組全壽命周期的管理。這是高特的工作，基于我們對(duì)電池的理解和BMS理解做的一項(xiàng)工作。
高特電子和高特新能源，其實(shí)是募資公司，我們以后會(huì)更多的以高特新能源的公司來(lái)運(yùn)作我們的儲(chǔ)能，高特主要是做BMS，成立非常早，98年成立，20年高特只做電池管理，其他東西都沒(méi)有做。20年下來(lái)，高特在對(duì)電池的變化特性有充分的經(jīng)驗(yàn)的積累，高特目前的技術(shù)主要是對(duì)電池的SOC、SOP的診斷技術(shù)，第二個(gè)是主動(dòng)均衡技術(shù)，后面是大家看到的分布式電池管理系統(tǒng)，還有梯次的延伸。目前高特已經(jīng)有了68項(xiàng)專利，主要集中在電池的容量診斷和電池的均衡基礎(chǔ)上。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，高特也做了一些儲(chǔ)能項(xiàng)目，和我們的合作伙伴，高特目前做的儲(chǔ)能項(xiàng)目和合作伙伴做的儲(chǔ)能項(xiàng)目就是集成，大約已經(jīng)有將近160MW，所以這次聚會(huì)當(dāng)中，很多電池廠家都是我們的合作伙伴。
我的介紹就到這里。謝謝大家！
（本文根據(jù)第五屆儲(chǔ)能技術(shù)高層研討會(huì)會(huì)議錄音整理，未經(jīng)本人審核，不足之處，請(qǐng)批評(píng)指正。）
