中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，桑頓新能源科技有限公司副總工李海波先生在“儲(chǔ)能電站暨微電網(wǎng)專場(chǎng)”，以《大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成與管理關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
李海波：我演講的題目是《大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成與管理關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)》，首先介紹一下技術(shù)背景，然后開發(fā)流程以及關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)在的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)可行性可能是最敏感的，再就是安全的挑戰(zhàn)，第三個(gè)就是系統(tǒng)復(fù)雜帶來的管理和控制，以及它的維護(hù)。第四是單體電芯的一致性和環(huán)境的適應(yīng)性帶來的壽命衰減問題。
針對(duì)這些問題，我在這里對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行分解，從電芯開始，接下來是PACK，再到儲(chǔ)能集裝箱，再到儲(chǔ)能電站，這個(gè)是涉及到多個(gè)方面的技術(shù)要求。排在前面的，電芯是低成本，對(duì)于成本的要求越來越高，真正要市場(chǎng)化，在沒有補(bǔ)貼的情況下，在成本上我們是要在技術(shù)上進(jìn)行大力的開發(fā)的。
第二是長壽命，第三是電芯一致性，最后是安全和能量密度。電芯的一二三項(xiàng)都是跟成本相關(guān)的。長壽命也是跟成本相關(guān)的。在PACK這塊，高壓電器，它的安全這塊因?yàn)槭巧婕暗礁邏旱囊粋€(gè)體系，所以安全這塊我把它排在第一位，接下來是低成本以及標(biāo)準(zhǔn)化的更新，還有系統(tǒng)的能量密度，后來我會(huì)講為什么把能量密度放到這里面來。
集裝箱進(jìn)行分解，就是機(jī)構(gòu)、PCS、EMS、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化、故障追溯。
我們?cè)趦?chǔ)能系統(tǒng)開發(fā)上，如果這些基礎(chǔ)條件滿足的話，我們?cè)诖笠?guī)模應(yīng)用上，在市場(chǎng)開拓上，應(yīng)該是比較適應(yīng)的。
在里我做了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)開發(fā)流程，這個(gè)其實(shí)是借鑒其他產(chǎn)品開發(fā)的流程來做的，從方案設(shè)計(jì)到方案細(xì)，以及測(cè)試到系統(tǒng)調(diào)試。在這里我列出了幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，第一是低成本的系統(tǒng)集成開發(fā)技術(shù)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)多學(xué)科、多領(lǐng)域的集成，在這樣的系統(tǒng)下進(jìn)行開發(fā)首先要對(duì)成本進(jìn)行分解，然后找到各種各樣的設(shè)計(jì)點(diǎn)，再找到設(shè)計(jì)點(diǎn)，同時(shí)簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)。第二是長壽命，首先是對(duì)電芯的循環(huán)壽命和日歷壽命的要求，然后是對(duì)一致性的要求，然后對(duì)環(huán)境溫度和充放電深度的要求，第三是標(biāo)準(zhǔn)化的開發(fā)，這個(gè)也是主要體現(xiàn)在成本上，接下來是成組效率的提升，以及能量密度的提升，還有安全性，最后是智能網(wǎng)聯(lián)的方向。
這么幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)槲抑饕翘岢鰜恚缓缶唧w的方案可能在這里不討論了，我只是把它先提出來。首先我講一下低成本的PACK、墊片以及制造這塊。
現(xiàn)在的儲(chǔ)能，BMS成本占比較大，目前是十幾個(gè)點(diǎn)的比例，最大的成本就是電芯，占了將近50%的比例，所以我們?nèi)绻M(jìn)行低成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)，電芯首當(dāng)其沖要去降成本。電芯怎么去降呢，這邊是電芯的分解，這幾大主材，正極、負(fù)極、電解液、隔膜還有單體，正極材料占了比較大的比，然后是電解液跟隔膜，正極材料怎么去降，我們?cè)谠O(shè)計(jì)儲(chǔ)能專用的電芯的時(shí)候，要區(qū)別于動(dòng)力電池的電芯，因?yàn)閮?chǔ)能電池電芯并沒有像動(dòng)力電芯那么嚴(yán)的要求，它的技術(shù)要求會(huì)低一點(diǎn)。這樣的話我們要如何避免形成過設(shè)計(jì)？在正極材料這塊，我們可以有一些技術(shù)方向以及負(fù)極材料。隔膜也可以不用陶瓷隔膜，單體容量這塊把它拎出來是因?yàn)殇囯姵刈鰞?chǔ)能應(yīng)用，在行業(yè)內(nèi)都是形成共識(shí)了，做的越大越好。
電芯成本降完了以后就到了PACK這塊，BMS現(xiàn)在有點(diǎn)貴，怎么樣把這塊成本降下來，還是有很多工作要做的個(gè)。這種BMS跟車的BMS是不一樣的，因?yàn)檐嚭芏嘁筌嚬杓?jí)的芯片，但是儲(chǔ)能用工業(yè)級(jí)的就OK。然后是PCS，成本也是偏高的，EMS以及電池模組這塊，成本比重不是那么大，但是這幾塊實(shí)際上是有比較大的降價(jià)空間，通過計(jì)算是可以做到這一點(diǎn)的。再一個(gè)是低成本的制造。
電芯方面，如果是自動(dòng)化制造，一致性好，在配組的時(shí)候成功性就比較高，如果一致性比較差，分布范圍比較大，為了保證它電量的要求，就會(huì)以最低的電量去配，結(jié)果就很容易形成多配電量的情況出現(xiàn)。比如說客戶可能只要200度電，你可能給他配了205度電，那多配了幾度電，這個(gè)成本一下就上去了。所以設(shè)計(jì)的時(shí)候剛剛好，這是我們所要掌握的一個(gè)度。規(guī)避系統(tǒng)過設(shè)計(jì)，這是系統(tǒng)這一塊，設(shè)計(jì)上的降成本。
再就是零部件的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)涉及的零部件種類多，數(shù)量又大，那你如何在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，將零部件的個(gè)數(shù)降低，這也是我們的一個(gè)方向。
到了壽命這一塊，這是電芯的壽命，做過電芯的大家都知道，電極膜天的多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)膜片的壽命是有比較大的影響的。因?yàn)槔锩娴酿そY(jié)劑還有導(dǎo)電劑，它對(duì)膜片的多孔結(jié)構(gòu)，它的強(qiáng)度是有比較大的影響的，如果你在電池的充放電過程中多次循環(huán)，它的膜片如果發(fā)生了脫落，會(huì)直接導(dǎo)致它的壽命衰減。
第二是電解液體系，以及它的電化學(xué)反應(yīng)界面的設(shè)計(jì)，主要是SA膜方面的設(shè)計(jì)。
第三是電芯結(jié)構(gòu)，和它的裝配工藝。電芯結(jié)構(gòu)這種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，對(duì)于壽命的影響也是比較明顯的。
第四個(gè)是合理的充放電制度，這個(gè)在我們做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，你可能為了保證它的壽命，電量會(huì)多配一點(diǎn)，在保證正常的充放電過程中間，放電深度不用達(dá)到每次都90%以上。這個(gè)就到了PACK這塊了，PACK的壽命跟高效的配組是很相關(guān)的，就是我剛剛講的電池的一致性。再接下來就是熱管理，環(huán)境適應(yīng)性，以及電池管理系統(tǒng)這塊的內(nèi)容，包括我們的均衡管理。均衡做了之后壽命會(huì)有所延長的。
接下來就是標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化有一個(gè)原則，將所有能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，包括里面的銅牌，線束，如果你做到標(biāo)準(zhǔn)化了這是很有必要的。因?yàn)檫@樣的話你在PACK或者電芯的生產(chǎn)過程中，自動(dòng)化程度會(huì)比較高。因?yàn)槟愕脑O(shè)計(jì)是統(tǒng)一的，那就說明你的模組，你的電池柜，電池架都是標(biāo)準(zhǔn)化的，你在自動(dòng)化設(shè)計(jì)的過程中，是可以統(tǒng)一來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不是單獨(dú)的進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)。
這里標(biāo)了很多電器的連接，電池架，PCS、EMS，所有的只要是能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的，都是建議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，這樣的話不光是我們的設(shè)計(jì)研發(fā)成本有很大的降低，還有制造成本。
接下來是儲(chǔ)存效果的討論，電芯的充放電效率這塊，我也做了一個(gè)單獨(dú)一頁來說明。
在這里再講一下為什么要提能量密度，在儲(chǔ)能這塊它跟動(dòng)力電池是不一樣的，儲(chǔ)能是講究體積能量密度，那就是說在有限的空間內(nèi)，我要裝更多的電量。儲(chǔ)能這塊的電芯更多的是體積能量密度，跟消費(fèi)性電子是比較類似的。第二個(gè)，我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，在空間優(yōu)化上要盡量做到緊湊。這樣的話你在相同的電量下，有可能會(huì)減少你集裝箱的個(gè)數(shù)，你只要減少一個(gè)集裝箱，你你這個(gè)集裝箱里面的電芯零部件，包括箱體也就少了一個(gè)，但是你的電量是一樣的，這個(gè)時(shí)候你的成本下降是很明顯的。
這個(gè)也是聽說韓國的一些企業(yè)，他們是用高能量密度的電芯，在國外跟人家市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候，提出這個(gè)概念，就是能量密度高的話，它的競(jìng)爭(zhēng)力在成本上是有優(yōu)勢(shì)的。
安全，大家講的太多了，我稍微分了一下，一個(gè)是安全設(shè)計(jì)，還有一個(gè)是安全管理。實(shí)際上BMS、EMS是屬于安全管理的范疇，電化學(xué)、熱、電氣這塊都是設(shè)計(jì)的一些安全，這塊大家談的都比較多，安全是放在第一位的，這是必須保障的。
再講一下互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時(shí)代的儲(chǔ)能系統(tǒng)，是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，這塊大家也比較熟悉了，這個(gè)趨勢(shì)肯定是很明顯的，在微網(wǎng)體系里面，在儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)是一個(gè)重要的中心，連接上下游、 BMS、電池、云平臺(tái)四大功能。在云平臺(tái)這一塊，儲(chǔ)能系統(tǒng)除了跟互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合以外，跟大數(shù)據(jù)，跟互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合以外，電池作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)也可以形成一個(gè)云平臺(tái)，也就是說它可以在全生命周期之內(nèi)，去監(jiān)控電池的走向。如果電池在儲(chǔ)能用完了之后，梯次利用或者回收，那我怎么樣去監(jiān)控這個(gè)電池，這是我們?cè)谶@個(gè)的探索。包括它的回收利用，送到拆解廠去拆截，怎么定位、跟蹤，找到這個(gè)電池，這也是我們?cè)谧龅囊粋€(gè)工作。
接下來我介紹一下我們公司桑頓新能源的布局，這是桑頓新能源的全產(chǎn)業(yè)鏈，從前軀體開始，正極材料，再到金屬，到回收，再到動(dòng)力電池、電池系統(tǒng)、云平臺(tái)，以云平臺(tái)為主，在全生命周期來追蹤電池的走向，再到車、儲(chǔ)能系統(tǒng)，一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的閉環(huán)。
這是桑頓在儲(chǔ)能和梯次利用這塊的想法和摸索，包括不拆解和少拆解，梯次利用BMS系統(tǒng)，還有分充合放技術(shù)，以及工業(yè)建筑供電。
我的報(bào)告到此結(jié)束，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
發(fā)言人簡(jiǎn)介：
李海波，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程博士。在汽車車身材料和板料加工成形、電池電芯、動(dòng)力電池系統(tǒng)、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)(BMS)等領(lǐng)域有多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在桑頓新能源科技有限公司擔(dān)任副總工程師一職，帶領(lǐng)公司團(tuán)隊(duì)，致力于電池系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品應(yīng)用。
