中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉酒店圓滿召開(kāi)，來(lái)自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)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(guó)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，杭州高特新能源技術(shù)有限公司副總經(jīng)理謝建江在“儲(chǔ)能電站暨微電網(wǎng)專場(chǎng)”，以《基于電池全生命周期應(yīng)用的電池管理系統(tǒng)》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
杭州高特新能源技術(shù)有限公司副總經(jīng)理謝建江
謝建江：謝謝大家。匯報(bào)的內(nèi)容大概包括四個(gè)部分：第一、全生命周期的應(yīng)用；第二、電池標(biāo)準(zhǔn)模組的分布式BMS的設(shè)計(jì)事項(xiàng)；第三、滿足全壽命周期應(yīng)用的主動(dòng)均衡技術(shù)；第四、在梯次利用及分布式BMS案例的分享。
這個(gè)圖是一個(gè)比較理想的動(dòng)力電池全生命周期應(yīng)用的效果圖，我們希望從動(dòng)力電池到后備退役的電池到商業(yè)儲(chǔ)能，到高電壓、大電流的商業(yè)儲(chǔ)能到后備電源，甚至低電壓的商業(yè)儲(chǔ)能，最后到電池的回收，完成整個(gè)電池的生命周期，但是我們知道現(xiàn)在實(shí)際的情況并不理想。到2020年我國(guó)退役的電池將達(dá)到十幾GW，到2025年退役電池的總量達(dá)到100GW，這是一個(gè)非常龐大的數(shù)字。
面對(duì)這樣龐大的數(shù)字我們?cè)趺崔k？地球只有一個(gè)，我們要合理利用資源。所以現(xiàn)在大家都在關(guān)注梯次利用。我們這兩天的會(huì)上也交流了很多梯次利用的情況，到目前為止針對(duì)梯次利用的儲(chǔ)能技術(shù)，或者梯次利用的相關(guān)政策更加少，出臺(tái)的相關(guān)政策大多是規(guī)范了梯次利用的標(biāo)準(zhǔn)，以及作為車廠，動(dòng)力電池廠回收電池的主要責(zé)任落實(shí)，缺少具體的其他政策。
剛才冀北院的李經(jīng)理也講了，目前梯次利用技術(shù)仍然處于技術(shù)驗(yàn)證和項(xiàng)目示范階段。這是我們公司實(shí)際做的一個(gè)基于磷酸鐵鋰電池的生命曲線，通過(guò)這個(gè)圖我們可以看到，整個(gè)磷酸鐵鋰電池的生命曲線相對(duì)線性還是非常好的。我們看到第一條紅線就是70%，這個(gè)時(shí)候電池從車上退下來(lái)，我們繼續(xù)做測(cè)試，當(dāng)它容量達(dá)到30%的時(shí)候，70%到30%之間的衰減的曲線還是非常線性的。所以這個(gè)圖我們可以非常有信心的證明這一點(diǎn)，動(dòng)力電池的退役電池，用在儲(chǔ)能上是非常有效跟可靠的。
這個(gè)電池也是一個(gè)三元鋰電池，因?yàn)樗那€跳水特性，所以在后期的梯次利用上面有很嚴(yán)重的波動(dòng)性。
現(xiàn)在對(duì)于動(dòng)力電池的梯次利用，需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程，第一需要將退役電池，或者將退役電池的PACK包從車上拆下來(lái)；第二要把PACK包拆解到單體；第三需要對(duì)單體進(jìn)行篩選，或者對(duì)單體進(jìn)行容量測(cè)試；第四要根據(jù)重新測(cè)試的電池?cái)?shù)據(jù)重新重組，或者重新組成PACK，再到后面的梯次利用，從這四個(gè)過(guò)程來(lái)看，梯次利用的成本是非常高的?？赡茉谧囊灿须姵貜S的代表，大家現(xiàn)在也在討論這個(gè)問(wèn)題
所以梯次利用的難點(diǎn)也呈現(xiàn)在我們面前，如何將動(dòng)力電池PACK的拆解、重組包括性能的評(píng)估變的簡(jiǎn)單可靠，如何讓整個(gè)儲(chǔ)能動(dòng)力電池的梯次利用的商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)鏈能夠打通，所以我們需要在這些方面，尤其對(duì)電池的性能，以及對(duì)電池的PACK的重組、評(píng)估方面做大量的工作。
經(jīng)過(guò)這幾年高特在動(dòng)力電池的大量研究基礎(chǔ)之上，我們提出從BAM式的技術(shù)入手，去解決動(dòng)力電池梯次利用的技術(shù)難題。第一部分我們通過(guò)模組級(jí)的電池管理系統(tǒng)，組成模組級(jí)的電池模組，然后有多個(gè)模組再組成一個(gè)電池PACK。第二部分，我們?cè)趧?dòng)力電池初期利用的時(shí)候，預(yù)留主動(dòng)均衡的接口，包括對(duì)已經(jīng)退役的電池增加主動(dòng)均衡的模塊。
第三，因?yàn)槲覀円呀?jīng)在模組中集成了電池管理系統(tǒng)，這個(gè)電池管理系統(tǒng)我等下也會(huì)講，我們是一個(gè)分布式的電池管理系統(tǒng)，就是在二次拆解的時(shí)候，它只要拆解到整個(gè)模組，不需要拆解到每一個(gè)單體，這樣我們?cè)谶M(jìn)行動(dòng)力電池梯次利用的過(guò)程當(dāng)中，可以大量的減少我們拆解的成本，從而延續(xù)動(dòng)力電池BMS的一些數(shù)據(jù)。
我們可以看這個(gè)圖，現(xiàn)在我們BMS的整個(gè)架構(gòu)，最下面是整個(gè)電池組，組成了一個(gè)PACK包，這個(gè)PACK包內(nèi)我們有若干個(gè)從控模塊，如果按照主從式的架構(gòu)，這個(gè)從控模塊我們要通過(guò)電池接入引線，引線到從控模塊上面，若干個(gè)從控模塊再向上一級(jí)的主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所以在實(shí)際的PACK的成組過(guò)程當(dāng)中，BMS的安裝包括BMS的線束安裝，其實(shí)占用了整個(gè)PACK工藝很大一部分的工序。
我們公司提出的BMS架構(gòu)，就是我們把電池的PACK分成若干個(gè)模組，這里我們把它分成了比如說(shuō)四個(gè)單體或者六個(gè)單體或者八個(gè)單體作為一個(gè)單組，我們?cè)诿總€(gè)模組里面集成了我們的分布式電池管理模塊，這樣做的好處是什么呢？地我們將從控模塊集成在我們電池模組以內(nèi)，采集線束固化在模組結(jié)構(gòu)中，省去了采集線束。讓從控模塊成為電池模組的一個(gè)構(gòu)件，在PACK的成組過(guò)程當(dāng)中，整個(gè)線束一次完成，不需要再進(jìn)行二次線束的連接。
第三個(gè)，我們把這個(gè)模組做成了一個(gè)單體的模塊化的BMS，我們?cè)诿總€(gè)模組里面，因?yàn)槲覀冇羞@個(gè)BMS，所以我們的BMS又跟一般的模塊化的BMS沒(méi)有CPU的有本質(zhì)的區(qū)別，我這個(gè)模塊的分布式的BMS有CPU我們記錄了整個(gè)動(dòng)力電池在整個(gè)過(guò)程中的充放電次數(shù)，SOC衰減的數(shù)據(jù)，所以我們?cè)谶M(jìn)行梯次利用的時(shí)候，我們可以一次性將電池模組進(jìn)行組合，我只要讀取一下各個(gè)模組實(shí)際的SOC的數(shù)值，按照不同的數(shù)值進(jìn)行分類，很快的就可以進(jìn)行二次的梯次利用。
這個(gè)圖比較形象的表示了原先上面一排，是接了一個(gè)電池管理系統(tǒng)，這個(gè)電池管理系統(tǒng)可能需要很多的線束，接到一個(gè)主控模塊，現(xiàn)在我們把上面一層接到一個(gè)主控模塊上的BMS打散成了4個(gè)分布式電池管理模塊，這4個(gè)分布式管理模塊，我們通過(guò)工藝的形式，直接安裝在整個(gè)電池模組之內(nèi)，當(dāng)我二次利用的時(shí)候，或者我動(dòng)力電池退役的時(shí)候，我直接讀取一下各個(gè)模組的SOC的情況，直接根據(jù)SOC的數(shù)值進(jìn)行二次利用。這樣的話就避免了頻繁的拆解，以及頻繁的進(jìn)行容量診定的工作。
這個(gè)是分布式電池管理系統(tǒng)的主控模塊，這個(gè)是電流傳感器模塊，我們整個(gè)分布式電池管理系統(tǒng)，有分布式電池管理模塊，加主控模塊，加雙向主動(dòng)均衡模塊構(gòu)成，這里我們?cè)俳榻B一下主動(dòng)均衡的技術(shù)，最左邊我們可以知道這是一個(gè)新的單體電池，它做循環(huán)測(cè)試它可以做到非常理想的數(shù)據(jù)，但是當(dāng)它成組以后它的循環(huán)壽命，包括它的放電深度已經(jīng)大打折扣，當(dāng)它運(yùn)行一段時(shí)間以后，我們已經(jīng)看到了它的一個(gè)衰減速度在加速，當(dāng)它加速以后，動(dòng)力電池的SOC可能已經(jīng)低于80%，這個(gè)時(shí)候必須退役。所以我們認(rèn)為電池離散性是電池組性能衰減的主要原因，改變衰減的最有效的辦法就是主動(dòng)均衡。
這個(gè)圖看到，這是沒(méi)有進(jìn)行主動(dòng)均衡的一個(gè)實(shí)際充放電的曲線，尤其在放電的后期，電池單體之間的離散性還是比較大的。
這是現(xiàn)在的一些主流的主動(dòng)均衡技術(shù)的介紹，我們高特的主動(dòng)均衡的技術(shù)，采用的是雙向的無(wú)損的主動(dòng)均衡，簡(jiǎn)單的說(shuō)我們可以實(shí)現(xiàn)電池模塊之內(nèi)，或者整個(gè)電池簇之間的任意單體間的能量轉(zhuǎn)移，我可以把能量高的單體轉(zhuǎn)移到能量低的單體當(dāng)中，因?yàn)檫@個(gè)均衡技術(shù)也省去了供電電源跟均衡母線合二為一，我們沒(méi)有額外的增加均衡的線束，所以在我們安裝跟后期維護(hù)過(guò)程當(dāng)中，也變的非常方便。我們雙向均衡的效果一般是單向均衡的兩倍。
這是一個(gè)主動(dòng)均衡的實(shí)際效果，上面這個(gè)圖是沒(méi)有主動(dòng)均衡的，它的這個(gè)放電的時(shí)間以及放電的容量，我們可以看到，充電容量跟放電容量大概在60到65Ah之間，進(jìn)行主動(dòng)均衡以后我們可以看到經(jīng)過(guò)31次主動(dòng)均衡，它的充電容量恢復(fù)到99.6Ah，放電容量恢復(fù)到101Ah，容量的恢復(fù)接近于50%，這是非常有效的。而且這里只做了30個(gè)循環(huán)，如果電池上一直在跑，或者儲(chǔ)能每天在進(jìn)行充放電工作的話，它的效果會(huì)更加明顯。
這里我跟大家分享兩個(gè)電池管理系統(tǒng)的案例，第一個(gè)是主動(dòng)均衡的案例，這個(gè)就是剛剛冀北院的李經(jīng)理也介紹了，風(fēng)光儲(chǔ)9兆瓦的梯次利用的項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目的BMS，就是利用了主動(dòng)均衡的技術(shù)。這個(gè)模組是直接從公交車上退下來(lái)的，退下來(lái)以后我們簡(jiǎn)單的對(duì)這個(gè)模組進(jìn)行了一個(gè)測(cè)試，對(duì)于這個(gè)模組里面容量衰減特別低的個(gè)體進(jìn)行了篩選，把它挑出來(lái)，大部分我們沒(méi)有去拆解原來(lái)的單體，就繼續(xù)使用。它的單體容量差異在15%或者20%之內(nèi)的，我們給它加裝了雙向主動(dòng)均衡模塊。這個(gè)就是在均衡之前跟均衡之后的數(shù)據(jù)對(duì)比。均衡之前充放電過(guò)程當(dāng)中有個(gè)別單體衰減的比較快，我們進(jìn)行主動(dòng)均衡以后，整組的充放電的深度包括時(shí)間，得到了大幅的改善。
這個(gè)數(shù)據(jù)更加能夠說(shuō)明，上面這一條曲線是在沒(méi)有進(jìn)行主動(dòng)均衡之前的放電時(shí)間，大概放電40分鐘，這里是在進(jìn)行大倍率放電。進(jìn)行8次完整的充放電以后，可以看到最下面的這條曲線，它的放電時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了將近一個(gè)小時(shí)。而且我們也可以看到在均衡之前，它的壓差最大達(dá)到100個(gè)mV，我們進(jìn)行8次主動(dòng)均衡以后，這個(gè)電池單體之間的壓差在20個(gè)mV之內(nèi)，所以說(shuō)這個(gè)效果也是非常明顯的。這個(gè)項(xiàng)目目前也在實(shí)施跟投運(yùn)階段。
第二個(gè)我們是基于分布式電池管理系統(tǒng)的箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)。我們這里的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池，我們用的是電池廠的B類電池。這個(gè)電池因?yàn)榇嬖谥艽蟮馁|(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，我們做集裝箱設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們做了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分布式的模組設(shè)計(jì)，我們可以看一下這個(gè)圖，這個(gè)模組單體容量達(dá)到340Ah，我們這里是采用了8串的結(jié)構(gòu)。分布式的電池管理模塊我們安裝在這里，這個(gè)模組與單體之間的線束是沒(méi)有的，我們?cè)谶M(jìn)行PACK的工藝過(guò)程，我們有一個(gè)硬連接的技術(shù)，我們每個(gè)單體的正負(fù)極柱是通過(guò)點(diǎn)焊的方式，直接連接到中間的連接條，這個(gè)連接條的末端就是一個(gè)端子，直接插到整個(gè)的分布式電池管理模塊上面，整個(gè)模組最后安裝，我們就用插箱的方式，一個(gè)一個(gè)安裝，每一層兩個(gè)，這個(gè)電池架一共12個(gè)模組，最后我整個(gè)蓋起來(lái)，相當(dāng)于每個(gè)模組，模組與模組之間沒(méi)有電池連接線的干擾，模組與模組之間直接通過(guò)電源線跟看線進(jìn)行連接，外面非常干凈。如果用傳統(tǒng)的主從式的結(jié)構(gòu)，我這里只有8串電池，我要最大效率的利用我的電池管理模塊，我需要把3個(gè)或者4個(gè)插箱共用一個(gè)電池管理模塊，這樣的話我插箱與插箱之間就有電池連線的影響。在后期使用的時(shí)候，如果這個(gè)插箱有問(wèn)題，我首先需要把電池的采集線束進(jìn)行分離，然后把模組退出來(lái)，再換上新的模組。這個(gè)時(shí)候換上去的這組電池，跟模塊里面存的數(shù)據(jù)不一一對(duì)應(yīng)的，所以儲(chǔ)能的效益計(jì)算就大打折扣。
如果每個(gè)模組拆下來(lái)的時(shí)候，把BMS也拆下來(lái)，換上去的時(shí)候BMS數(shù)據(jù)也在里面，上一期的主控模塊可以直接讀取換上去的BMS的數(shù)據(jù)，基于跟已經(jīng)在上面的BMS的分析，來(lái)決定整個(gè)電池組或者儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電深度或者放電時(shí)間，這樣可以大大提高整個(gè)儲(chǔ)能的效率，最終體現(xiàn)在整個(gè)儲(chǔ)能的效益上面。
這個(gè)是我們?cè)谡麄€(gè)工藝過(guò)程中的分解圖，最終我們會(huì)把這個(gè)模塊完整的放在里面。
高特電子目前的創(chuàng)新分布式電池管理系統(tǒng)加上主動(dòng)均衡技術(shù)，在電池制造成組以后，每個(gè)電芯都可以隨時(shí)讀取，通過(guò)有效的主動(dòng)均衡，也可以讓電池的性能跟壽命得到最大程度的保障，這里也給大家一個(gè)信心，想做梯次利用的，想做儲(chǔ)能的，大家放心的去做，由我們作為你們堅(jiān)強(qiáng)的后盾，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
