中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，北京理工大學電動車輛國家工程實驗室副教授孫立清，在“電動汽車與動力電池專場”，以《車載儲能和微網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
北京理工大學電動車輛國家工程實驗室副教授孫立清
孫立清：今天非常高興能有這個機會跟各位就《車載儲能和微網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)》跟大家做一些交流。我來自北京理工大學電動車輛國家工程實驗室，在專委會、協(xié)會做一些專職的工作。目前新能源汽車可以說繼房地產(chǎn)之后最有潛在能力成為支柱產(chǎn)業(yè)的大方向，整個新能源汽車按照以前透露出來的說法說是十萬億的支柱產(chǎn)業(yè)，我們可以研究一下最新的汽車工業(yè)中長期規(guī)劃，如果到2020年和2035年分別到200萬輛和700萬輛，就是200、500和700這么幾個數(shù)整個的產(chǎn)業(yè)規(guī)模應該是非常清晰的，從發(fā)展的方向上來看，新能源汽車必將成為國家新經(jīng)濟的支柱環(huán)境。
目前正在建設(shè)當中的一些區(qū)域，包括雄安新區(qū)一定會成為綠色能源科技，包括下一代的電動汽車科技，包括能源互聯(lián)網(wǎng)大的舞臺。所以這里對新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)的探討非常中了，電動汽車發(fā)展到今天可以說大家都非常清晰了，電動化、輕量化、無人化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化，往下走就要個性化、定制化和共享化。其中對于新能源汽車的理解我感覺我們還需要探討一種新的理解方式，就是實際它還是能源互聯(lián)網(wǎng)化的東西，一會兒我會具體講為什么我提這樣一個東西。作為車載儲能和微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域之所以相關(guān)我感覺我們是站在幾個角度來看，首先在車上離不開狹義的化學電池或者說物理電池這里都是有的，其中大家看到飛輪電池包括發(fā)展下去金屬電池等等，包括在車上也有很多發(fā)電的裝置，這其中包括隔膜發(fā)電、增程器有燃油燃氣的還有燃料電池的，我們對于未來電動汽車理解可以是站在類似能源角度來理解。
關(guān)于移動儲能實際我們可以站在幾個角度來理解，它是電網(wǎng)當中非常重要的一環(huán)因為是很重要的要從電網(wǎng)上獲得能量，也可以向電網(wǎng)回饋能量重要移動能量的消耗或者說可以給電網(wǎng)提供能量調(diào)節(jié)的單元。我們也可以站在互聯(lián)網(wǎng)或者是物聯(lián)網(wǎng)的角度，物聯(lián)網(wǎng)角度來看也是非常重要的節(jié)點。所以我們對電動汽車的看法可以站在移動能源的角度來考慮。那么也可以站在微網(wǎng)角度來考慮，傳統(tǒng)所說的微網(wǎng)概念主要是指電力系統(tǒng)當中的這樣一個定義，我們覺得作為電動汽車本身也可以看成是小的微網(wǎng)，把電動汽車擴展下跟相應的儲能、電樁包括太陽能分布式發(fā)電結(jié)合起來實際也是站在更大層面的微網(wǎng)。大家知道電動汽車本身實際也有往電網(wǎng)回饋的功能，電動汽車也可以向電網(wǎng)售電的話我覺得是更有意義的一件事，這個大家可以期待一下將來是不是這個東西應該很快落地。我們過去在電網(wǎng)領(lǐng)域所做的改革實際是有些弊端的，像現(xiàn)在電動汽車就是涉及到這么一個問題，我們看我們目前整個充電包括后續(xù)服務產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)太長了，我們電力的環(huán)節(jié)改完之后就出現(xiàn)一些弊端，首先從發(fā)電到電網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)到售電的服務公司到電動汽車能源服務公司，下面我們還不得不跟物業(yè)聯(lián)合，整個產(chǎn)業(yè)鏈非常長，但是如果我們把電動汽車往太陽能發(fā)電、儲能、分布式發(fā)電網(wǎng)或者微網(wǎng)當中推廣采用直流充電的方式大家看在那個系統(tǒng)當中就不存在產(chǎn)業(yè)鏈弊端了，而且大家看到像類似充電服務費等等這些環(huán)節(jié)有人理解成金融阿里、京東產(chǎn)業(yè)鏈當中類似所謂“吸血鬼”存在是一樣的，我們覺得發(fā)展下去一個很長的產(chǎn)業(yè)鏈其中存在的弊端尤其是造成目前所謂的結(jié)果，作為充電服務行業(yè)三年、五年甚至八年才能把充電的投入收回來，這是一個問題，所以我覺得這塊一定會有顛覆性的東西出現(xiàn)，而破局的東西就是車載儲能包括相應產(chǎn)業(yè)鏈或者商業(yè)模式的創(chuàng)新帶來一些結(jié)果。所以金天霸我講的范圍限定一下，雖然我們會議是儲能但是我說的還是電動汽車，我要說一說薄膜發(fā)電車上也帶發(fā)電裝置、帶儲能裝置這樣的電動汽車當中所涉及到的技術(shù)問題，在過去我們看整個系統(tǒng)由于電動汽車上帶有儲能、發(fā)電整個技術(shù)跟微網(wǎng)技術(shù)跟高質(zhì)量能源互聯(lián)或者整個發(fā)電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都是相關(guān)的，所以把車網(wǎng)移動儲能和微網(wǎng)放到一起了，今天就是在這個領(lǐng)域我們看一看到底電動汽車上小的微網(wǎng)跟儲能或者跟相關(guān)的技術(shù)上存在的問題，重點我給大家介紹這樣四個部分。
從要求上來看，我們粗略的看對于車載裝置要求安全、單體和成組容量衰減的要求，包括循環(huán)壽命。后面還有兩點分別是能量回收和經(jīng)濟性。能量回收存在一個問題車在50公里以下每小時或者點機轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)以下能量回收很困難，這個是存在問題的，不太容易回收。還有就是經(jīng)濟性，經(jīng)濟性的問題存在于什么呢？主要是電池的行為壽命單體3000次、5000次是能做到的但是成組之后壽命下降非常快，其中的原因還有待于挖掘。能量回收和經(jīng)濟性成了電動汽車技術(shù)水平重要標志，我們做電動汽車不能跑起來就夠了，那你怎么跑的高效？整個從電動汽車的電池壽命來看你敢給人承諾八年15萬公里或者多少，今天上午我就講說你什么時候能夠告訴我過去賣的這些車現(xiàn)在可以拍胸脯的說哪種車能服務多少年多少萬公里，這在今后的三年五年您的企業(yè)只要是賣車一定要給小費者明確的答復，如果再答不出來或者說過去賣的車到那個時點出現(xiàn)了一些問題，你不得不采用各種方式比如說要把里程很短的車召回去，里程很短的車本身裝的電池就少，衰減肯定快，肯定存在工作一段時間之后或許存在安全隱患，不召回怎么辦呢？所以就是這樣的電動車我們確實要看一看究竟什么樣的電動車給消費者什么樣的服務，讓消費者獲得更好的經(jīng)濟性和安全的使用。包括一個電動車本身的一次充電續(xù)駛里程，啟晨（音）電動車從劉總的講法150公里的續(xù)駛里程其中有20%是來自于使用過程中的能量回收，能量收不回來車本身就不可能高效，這是這里面要做的工作。在過去我們看頻繁的出現(xiàn)了一些事故，反倒今天我感覺我們國內(nèi)的電動車倒很安全，特斯拉反而是左炸右炸，特斯拉的安全性是不太好解決的，作為特斯拉的電池也一定不是例外的東西，所以撞車我覺得爆炸可能是正常的現(xiàn)象，那么大家做的電動車都采用什么樣的電池呢？在事故當中或者正常使用過程當中出現(xiàn)內(nèi)短路失控之后會不會出現(xiàn)爆炸著火等等現(xiàn)象呢？這是確實我們要思考的事情。安全的問題非常多一出現(xiàn)安全事故之后往往就會出現(xiàn)打架的問題，我本人搞整車這里面相互之間的問題就是說動力系統(tǒng)控制沒控制好，電機控制器對于電源可能會帶來的損壞，有人也講電池管理系統(tǒng)的好，也有人說是電池，實際上這其中的問題絕對不是一方的。
在過去我們的電池出現(xiàn)了一些事故，除了我們用的隔膜可能不太好，電池本事也有無法控制的失效原因甚至我們的標準制定的還不夠合理，各種因素都有。但是這其中的問題確實是需要我們認真梳理的，我們站在一個假設(shè)上假如說電池是有一定的內(nèi)短路概念，在這種內(nèi)短路概念下我們?nèi)绾慰刂栖嚨墓收下?，從現(xiàn)在來看特斯拉可能會有電池產(chǎn)生內(nèi)短路或者失控的狀態(tài)，我們的電池概率是多少，如何控制出去的車出現(xiàn)故障的概率，這個很重要，這里面我們確實需要做一些工作，包括如果車發(fā)生了故障失控了，給乘員或者說失效之后的處理或者被動安全還要做一些工作，這都是需要去做的。最關(guān)鍵一點我覺得你要把你的電池包拿出來做試驗，其中任何一組電池發(fā)生失控之后如果箱不炸不出現(xiàn)問題，或者說即使箱出現(xiàn)了問題但是其中周邊的電池也不會出現(xiàn)問題的話那這才是對消費者負責任的演示，消費者看完了覺得這個電池箱肯定沒問題他就敢買，著了一個電池別的電池都沒問題。
從目前來看，整個電動汽車還要提升質(zhì)量、增加效率、確保安全，尤其要促進產(chǎn)量之后，當然前提是確保安全的情況下來確保產(chǎn)量。進行輕量化，提升動力系統(tǒng)的效率。做好整車安全、電池組安全，這里我再提一個還有是高壓控制安全。促進產(chǎn)量上需要新型制造技術(shù)，因為我們過去傳統(tǒng)的四大工業(yè)可能在生產(chǎn)的成本競爭上是干不過非工廠，所以這里都是要做的，這種自動化的管理包括硬件4.0的東西甚至一些工業(yè)裝備都是需要上的。還有就是整車，這是一個碳纖維的小車未來是可以批量化生產(chǎn)的，包括高效動力系統(tǒng)等等。這些內(nèi)容因為時間關(guān)系我不講了，關(guān)于對目前電動車的問題和特斯拉東西，下面我們看看到底這種控制方式的電動汽車存在什么問題。實際上大家看一下由于車載電源和電機繞組是物理直接連接的，工作的過程當中大家可以看不是從電機控制器的角度看我們沒有把電源和電機隔離開，就是沒有這種所謂隔離的，所以這里可能會帶來一些問題。比如說這個是不平滑的而且功率因素比較低，我們需要做的工作是很多的需要進行補償整個系統(tǒng)需要提效，電動車不是說光轉(zhuǎn)起來就完了，這里看電源的工作模型在座肯定有很多做電池的就是說你的電池單體壽命為什么是三千次、五千次，為什么放到車上一使用之后大家可以看一下它的放電波形在這里可以觀察。由于電池配組的要求是很大的，而且整個電池組是不具備可管理性的，我們要考慮一下整個電池可管理的做法。由于電池組是采用物理并聯(lián)，內(nèi)短路也是有概率的使用到后期這些控制比較困難，安全不好保障，再制動也只能在較高的情況下實現(xiàn)，對于混合動力系統(tǒng)再生的時候會存在功率的沖擊，電池易受到損傷所以混合動力車更容易實現(xiàn)著火的事故。充電我們對于控制器國家也出臺了標準，就是帶充電功能的電機控制系統(tǒng)。未來電動車要不要單獨的車載充電這是值得考慮的，車上既然有電極控制器車停下來之后電極控制器是可以作為充電裝置進行工作的，這里我覺得未來電動車上是不需要車載充電器的，而且我們的快充樁將來是不是可以利用車上的電機控制器來提供快速充電呢？這都是可以去探討的。整個一體化還比較難，并聯(lián)的電池工作的時候功率的分配是無法控制的，比如說我們的大巴車用電池先并聯(lián)然后再串聯(lián)大家看這四個并聯(lián)在一起的電池是沒法控制單個電池，或者并聯(lián)之后怎么去監(jiān)控它的電流？你要監(jiān)控整個電池組非常浮躁，一個電池要一個電流至少是這樣，整個系統(tǒng)就復雜了。電池組做不到真正的充放電控制，我們提供的只能是檢測和監(jiān)測。
還有充電的問題，有的企業(yè)做的充電樁比如說單項的協(xié)和影響很大，230V4K的什么電池多得充壞，大家可以試一試用230V4K的諧波可以試一下，整個電池我說可能電池沒問題是我們用的不好，把電池都用壞了。下面再給大家闡述一個觀點，電動汽車實際上也是一個小的電網(wǎng)，他們是有技術(shù)共性的。我先談一下諧波的問題，我說了后面要談高壓控制，這是整個電機和電源大概的原理，我們的車載電源站在時間軸上看它的放電工作電流是這樣的情況，大家看一看這樣的電流是咱們期望的嗎？它跟我們手機上平穩(wěn)工作的電流肯定是有很大差異的，大家看為什么會這樣？這原因有幾個。一個是我們的電機控制器一調(diào)制出來的都是垃圾，里面少不了文波、高次諧波。第二個原因作為電機本身由于結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題也會存在一些波動，如果這兩個諧波一疊加反映到電源端就很高了。還有作為電源端大家都知道整個電池組在Pack之后你的電池走線也會有一些分布的電容電表在，這些東西都可以產(chǎn)生相應的諧波。如果你的電池上走線不合理沒有做過兼容分析那就是這么復雜，如果這樣的電池組輸出是這樣的波型那成組電池的壽命跟單體電池在實驗室里充放電模型壽命怎么可能是一樣的呢，所以這個是最重要的，換句話說我們是需要好好改善一下電動車上電池組的工作條件。這里我給大家說一個觀點，以前大家提增加里程，你加了燃料電池、加了燃油的增程器實際上是把這個抽掉了一條讓電池綜合的放電倍率是可以下降的，這里我們再考慮驅(qū)動，那就不一樣了。還有一個就是整個在動力系統(tǒng)當中要么有分粒的功率緩沖要么是集成在這里，還要把尖峰和谷削掉，只有把電池的工作條件改善了電池組的壽命才好保證，才不會很容易衰減，才不會出現(xiàn)安全問題，所以這是要大家做的工作。整個動力系統(tǒng)的配置上我們需要考慮的問題是非常多的，不要一個單一的條件去搞定。最近我對一件事情是持有自己觀點的，大家都想低速電動車升級類似有很多低速車拿著長安的車去改的，如果說300公里的EQ續(xù)駛里程改成100公里的鋰電池電動車大家想一想你敢保證服務多少？假設(shè)保八年15萬公里，一百公里能保多少？肯定保不了，所以100公里鋰電的低速車我感覺是比較坑人的。那樣的電動車我們只能去哄那些不知情的老百姓貪便宜說買便宜車，但是他能服務的很好嗎？不可能。我們要千方百計改善電池的工作條件，這里面大家看一看對于高鐵各種損失當中其中 諧波損失是非常清楚的我簡單給大家放一下。對于諧波一定要處理好否則會引起諸多問題，所以不發(fā)現(xiàn)事故就去說是電池管理的問題，我們一定要深刻檢討一下。從電動系統(tǒng)看或者電動車本身要做的工作很多，電力系統(tǒng)考慮接入的問題，電動汽車上要考慮符合通過比較好的控制來實現(xiàn)安全的、高效的、能夠長壽命、可控制衰減的控制方式的判斷是非常重要的。
我下面簡單說一下解決途徑和控制方法，我把它翻到這頁上。咱們企業(yè)都有畫程設(shè)備，電動車上就考慮了為什么我們這一百個電池跟單體電池的壽命不一樣，所以這里我們?nèi)タ紤]一下。所以我給大家一個思路，電池可以采用這種方式，甚至在每一串上可以是不同的電池，每一串上使用的過程中可以拿掉最好的電池或者最壞電池也可以拿掉一串，你的電池配的比較多一旦出現(xiàn)了問題就具有可管理性，這是一個思路。另外一個思路就是控制系統(tǒng)集成的時候開發(fā)一種新型的裝置需要有兩個系統(tǒng)雙通的整個系統(tǒng)要做到隔離，這個系統(tǒng)是單項就可以了因為是單項的所以我們要做新的控制裝置，關(guān)鍵要實現(xiàn)高質(zhì)量的，所以電動車歸根到底最后的問題還是要落到一個點上就是電力技術(shù)，沒有電力技術(shù)就沒有電動汽車的未來。我們要探討新型的能源變換方式，絕不能拿這個就完了。另外我們還要探討新型的鋰電池，比如固態(tài)電池，固態(tài)電池可以說在今后的幾年內(nèi)會成為紅海，大家可以看一下我的PPT上有。量子電池可以說可能不是夢，電池我們也不能光指望物理電池還要探討其他類型的電池，包括有核能電池等等，這里我舉個例子什么樣的電池更好？大家可以探討我能做很多，但是把我燒掉了變成能量我能做多少呢？不一樣的，所以大家就想一想為什么說會有生物的、纖維素電池將來會不會有所謂的蛋白質(zhì)電池呢？所以對于低速車目前也帶來一個新的市場，就是說它跟分布式的光伏和微網(wǎng)往下走，可以說產(chǎn)業(yè)值得探討。
從應用前景上看我還是非常推薦萬部長曾經(jīng)說過的一段話，實際未來的車不管幾條路線最后歸到一個就是有發(fā)電、儲能、電機驅(qū)動，未來的車都是這樣的。走到一個歸根的路線就是變電混合，我們需要做的是多端口的裝置能提供多端口雙功高質(zhì)量變換帶隔離的系統(tǒng)，這是未來電動車的模式，跟你具體采用的到底是燃油還是燃氣的增程器還是燃料電池都沒多大關(guān)系，只要知道怎么樣對能量進行控制就可以了。所以目前最迫切的問題是做好電池的技術(shù)路線做出號電池、選擇好整車路線，千方百計改善電池的工作條件，解決安全里程和經(jīng)濟性的問題，如果這幾點做不到那你的車幾年之后一定會露餡的，所以我們要探索新的方式，有了控制技術(shù)鋰電池和鉛酸并行使用就不是問題，還有其他更高效的發(fā)電單元，所以整個出路也是非常清晰的，我們可以采用獨立或者嵌入式系統(tǒng)的儲存單元改善條件，可以采用標準化可更換的車載固定儲能模塊3-5-8千瓦解決電動車的能源供給方式和使用模式的問題，可以發(fā)展所謂的能源互聯(lián)網(wǎng)汽車，最終的目標是要做動力系統(tǒng)的一體化實際是微網(wǎng)一體化，所以長壽命、安全、抗衰減、改善工作條件的車載儲能才是我們的需求，我們要做多端口、做雙功、做隔離、做高質(zhì)量變換的控制裝置，要做好頂層設(shè)計、做規(guī)范規(guī)則、搞好網(wǎng)絡(luò)安全，要做好售電、大數(shù)據(jù)、預測與響應，做好商業(yè)模式，在未來我們作為電動汽車本身小微網(wǎng)系統(tǒng)或者站在更大系統(tǒng)當中作為微網(wǎng)當中一個非常重要的節(jié)點或者是能源互聯(lián)網(wǎng)，或者是物聯(lián)網(wǎng)重要節(jié)點的電動汽車才有它更好的未來，謝謝。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
