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，深圳市強能電氣有限公司董事長王創(chuàng)社博士，在“通信儲能專場”，以《蓄電池組均衡技術(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。
深圳市強能電氣有限公司董事長王創(chuàng)社博士
王創(chuàng)社：大家好，我是深圳市強能電氣有限公司王創(chuàng)社。這個公司是我自己創(chuàng)立的一直在從事新能源行業(yè)接近十多年，我關(guān)注新能源行業(yè)有20年了。就電池節(jié)能技術(shù)實際上我是搞開發(fā)電源的我對電池電阻非常熟悉，然后搞電動汽車充電站的過程中國內(nèi)第一個充電站是我建的，電池廠家特別在深圳有一天宗總（音）提出電池均衡問題還有萬象電池（音）也是鋰電池都有電池均衡的問題，我就從2001年一直管出解決電池云橫問題研究了國內(nèi)外大量的專利，2009年就發(fā)明均衡專利方案獲得了美國專利和中國專利。今天我就大概講一下電池均衡方案和方案的分析。
電池均衡實際上現(xiàn)在這個行業(yè)很火大概的方向我就不說了，電池的壽命可以達到5000次到一萬次應該單體都是可以的，但是成組以后兩三千次可能都比較困難，這是一個問題。還有就是三元壽命可能是700-2000之間，可能有些是超過2000多，因為現(xiàn)在行業(yè)比較浮躁，有的可能比較夸張一點?，F(xiàn)在電池壽命就我的了解我就大概說一下，現(xiàn)在實際上電池的單體電動汽車也好、儲能也好應該單體電池性能完全滿足產(chǎn)業(yè)應用，比如說電動汽車來說家用轎車三天充一次電一此跑250公里，如果4000次可以用到40年60萬公里以上這樣基本可以完全拿去使用，問題就是成組以后壽命不到一半或者三分之一，這個問題就非常關(guān)鍵，怎么解決電池的成組問題實際上最關(guān)鍵的就是電池一致性問題。
這個就是電池均衡方案，一般分為主動均衡和被動均衡。被動均衡一般指的是電阻放電，因為沒有嚴格定義，被動均衡指的是通過電子放電的均衡。被動均衡分了兩種，一種是把電池充滿以后放電然后讓落后電池補充起來。還有一種被動均衡就是通過BMS控制提前給高壓電池放電被動均衡現(xiàn)在目前也就這兩種。這是主動均衡方案，實際上按照方案分的話可能有各種各樣的，現(xiàn)在我大概今天大體說一下。均衡簡單來說不是一個復雜的問題就是把電池組的電壓拉平，拉平以后就是把高的放在低的充電這是主動均衡。主動均衡就是現(xiàn)在有幾種方法，一種是把高壓單個的電池跟總的電池組之間交換能量把高壓的放到總的電池組或者把總的電池組給低壓電池充電這是一個方式，現(xiàn)在這個方式也用得比較多，這個方法應該是沒有新的專利，但是這個方案已經(jīng)很久了，包括顆粒也好都采用幾百套類似的方案，這是將高電壓電池轉(zhuǎn)到總電池組給低電池充電。第二個是將高電壓電池電量轉(zhuǎn)移到低電壓電池，通過BMS控制從每一次控制把最高的轉(zhuǎn)到最低上去。第三個是比較相鄰兩個電池的電壓，左右兩個電池比較這是美國公司專利，國內(nèi)也有做的，我就不說名字了。這種方法也有很多特點，第四個就是并行的將所有高電壓電池電量轉(zhuǎn)移到所有低電壓電池電量，像所有水杯用一個聯(lián)控管連接起來一樣，這個方法是我的發(fā)明專利也是做了好多年的。第五個它不只是電池均衡是一種電池管理方法。
這個是均衡方案的優(yōu)缺點，被動均衡大家都知道是電路簡單、可靠、成本低，缺點是電流小消耗能量，要提前開啟BMS，對BMS要求非常高，如果BMS控制失誤或者控制不夠的話反而會造成不均衡。主動均衡實際上就是電流大、均衡速度快、效率高，但是缺點是電路復雜、成本高相對可靠性比較低，應該說主動均衡也是一個方向，電路復雜成本高隨著批量大應該都可以解決。主動均衡方案剛才說的就是第一種和第二種從單個的都有能量循環(huán)，總的比如說單個高的電壓放電的時候在放電的同時也在從整組充電能量循環(huán)，還有每次只能控制一兩個電池速度是比較慢的。第三種方案就是相鄰兩個電池直接轉(zhuǎn)換，它的方案好處就是不受整個BMS控制但是只是相鄰兩個均衡速度相對慢而且也會存在回充問題，均衡效率比較低。這個就是強能均衡方案，我研究了好多年的電池均衡。實際上它是一種方法，它的方法就是在每一個電池上加一個雙向變換器把所有的電池在電路上達到并聯(lián)的效果，目的是做到串聯(lián)電池達到并聯(lián)的效果，達到一個做到電壓均衡還有能量共享。它的特點就是電路方案簡潔、可靠，應該說是一看就懂，還有它的特點就是電路比較可靠包括澳大利亞專家就曾經(jīng)評價它是非常完美的。我是搞電力電子的，電力最高可以做到98%，可靠性也是用最可靠性的電路方案。我再大概說一下電池管理，現(xiàn)在電池管理的話應該說是行業(yè)非常熱包括粒高和好多公司做電池管理，做電池管理的話真正電池管理把電池管理分為運營管理和維護管理，偏向電池的應用管理而輕視了電池的維護管理，實際上大家做電池和能量應該更關(guān)心的是電池的維護管理，就是怎么樣通過管理能夠延長電池的使用壽命，這是最要注意的問題?，F(xiàn)在電池管理偏向應用管理就是對電池的SOC固算、SOP、SOE之間的測試和算法之間搞研究非常多，這個就是怎么樣用號電池的問題。我覺得電池就是一個好的產(chǎn)品就是不要打擾客戶的產(chǎn)品，一個好的電池包應該是在正常情況下不輸出信息的，如果有出問題不能處理的話可以到專業(yè)工廠維修，這是一個很好的產(chǎn)品。不像現(xiàn)在一樣每一個電動公司都搞成電池管理專家了，這個大概就是分析了均衡和電池參數(shù)的影響，有人說電壓均衡實際上我們現(xiàn)在搞電壓均衡也就是SOC均衡?，F(xiàn)在SOC沒有嚴格定義，SOC大部分和電壓是呈關(guān)聯(lián)關(guān)系，我認為電壓均衡就是SOC均衡，基本上兩個是一樣的。電壓均衡不一定電量均衡，容量大的電池電量是比較高的，還有就是我說的快，大家也可以一起討論。還有就是電壓均衡和內(nèi)阻的關(guān)系，我認為是有利于內(nèi)阻的，內(nèi)阻大的但吃通過電壓均衡可以減少內(nèi)阻電池的發(fā)熱對電池的一致性是有好作用的。做好了電壓均衡之后我們基本上做到每節(jié)電池防止每節(jié)電池的過氣壓或者顯著減少過氣壓，讓每一個電池同時充滿同時放完從理論上延長電池組壽命。我的目的就是讓電池組中每一個電池都能像單節(jié)電池對待控制每一個電池的電壓、電流和溫度，達到或者接近單節(jié)電池的壽命。
鉛酸電池的均衡相對來說比鋰電池來說好解決的原因在什么地方？鉛酸電池是不怕過壓，過壓以后至少沒有安全性問題，能夠讓這個實現(xiàn)一致?，F(xiàn)在也是要均衡的，不均衡壽命也是要很短的。傳統(tǒng)的鉛酸電池方法就是以犧牲高電壓電池的性能作為代價然后讓高壓電池過壓把能量消耗掉是一種內(nèi)耗式的消耗然后達到均衡一致，現(xiàn)有的均衡方法定時是720小時，現(xiàn)在也能延長到三個月就是兩千多個小時，但是我感覺這種方法可能也有值得深入研究的方面?；緳z測的話電壓經(jīng)常有超過100毫伏的這是在深圳鐵塔試測過，說明電池不一致性還是很嚴重?，F(xiàn)在每一個電池組充電的時候是很完善的，溫度補償以后如果壓差達到100毫伏那溫度補償?shù)淖饔靡呀?jīng)大打折扣了，溫度補償考慮再高實際上也是沒用的因為壓差太大了就給淹沒掉了。
這是深圳鐵塔做的電壓均衡測試，然后用我們的均衡模塊原來相差100毫伏基本上可以做到相差9毫伏而且保持穩(wěn)定。這是廣西廣電公司對UPS應該是120Ah做了一個測試，價差也是顯著降低。其實電池的均衡業(yè)績也就是鋰電池引起來的，鉛酸電池雖然有不均衡問題但是通過均充基本上能夠比較好的解決，不是大問題。鋰電池如果過壓的話存在安全問題就會氣候爆炸，所以鋰電的安全問題導致了均衡問題顯得非常嚴重而不得不做的。現(xiàn)在實質(zhì)上目前采用主動均衡和被動均衡是一個綜合性價比的這種，主動均衡和被動均衡都要采用，有的國外采用主動均衡多有的國內(nèi)采用主動均衡少，特斯拉是采用被動均衡，被動均衡如果能解決的話就是被動均衡?，F(xiàn)在問題電動汽車用的話也是一個因素，電動汽車我們希望電池的壽命能夠跟電池壽命一致，但是目前做用在電動汽車上的電池是最好的電池經(jīng)過嚴格配置的電池在三五百次循環(huán)以內(nèi)或者一兩年以內(nèi)應該是不需要均衡處理都能夠扛得住的，我們?nèi)绻刂瓶偟碾妷簩嶋H上BMS也是可以用的，電池均衡最關(guān)鍵就是看一兩年以后或者電池循環(huán)三五百次以后才能夠顯示出電池管理最關(guān)鍵的作用。我們要從電芯使用防微杜漸，不要等電池差異非常大才解決，電池一旦損壞很難修復幾乎是不可修復的。我們要在電池不要再讓電池出現(xiàn)電池性能下降因素出現(xiàn)之前把它已經(jīng)達到處理讓每一個電池的電壓電流都保持比較友好的狀態(tài)，這樣電池能夠延長電池出現(xiàn)電壓出現(xiàn)分化，一致性出現(xiàn)分化的時間，這是要處理的問題。當電池電壓存在不一致的時候怎么樣不影響整組電池的使用，這是均衡處理的另外一個問題。
這是在深圳的公交車大概是2009年運行，應該還在運行，那時候2009年用我們的均衡模塊裝了一個在深圳長河動力現(xiàn)在搬到北京的北京國能汽車。我是前年測過一次跑到15萬公里然后電池一致性還是相對不錯的。這是對光宇電池做了一個實際操作數(shù)據(jù)，實際上這組電池40Ah用了四年左右，測的話我隨機抽查了一組從電動車退下來的大概測試以后剛拿到的時候可用電量只有原電量50%，經(jīng)過均衡處理恢復到83%，應該是能恢復到85%以上。中間有兩節(jié)電池特別差，兩節(jié)電池退下以后基本上能達到90%以上，我想另外三節(jié)性能下降的電池可能就是因為沒有對它均衡管理以后每一次充完電都屬于過壓或者欠壓狀態(tài)性能衰減造成整組性能浪費。這組電池用的好的話用十年一點問題都沒有，但是用了四年就退下來了非?？上г斐闪松鐣敻焕速M。
基站電池昨天我也說了一下，梯次利用因為梯次鋰電的充放電次數(shù)對于充電來講應該是富余的根本用不了那么多次，循環(huán)次數(shù)是富余的，通信上需要的如果不作為儲能用的話需要的是日歷壽命長時間比較久并不需要多少次，因為中國的電網(wǎng)非常穩(wěn)定，一年平均可能就十次，十年才一百次，所以不是循環(huán)電池壽命影響了它的使用壽命而是電池的日歷壽命影響了它的使用壽命。如果說要在通信基站采用峰谷差價來專區(qū)利潤目前來說沒有盈利空間，如果峰谷差價還要投入容量，具體怎么實施還要探索。梯次電池應該采用主動均衡，被動均衡幾乎是不管用的。備電使用應該盡量使用循環(huán)次數(shù)小、成本低的電池。鋰電池的安全問題，鋰電池比起鉛酸電池不會起火爆炸，鋰電池內(nèi)部有起火因素。目前就我知道大多數(shù)基站都在研發(fā)頂層，我去過好多基站都是很多的而且有電機，這個如果在居民樓里面或者大量使用梯次電池安全性能不能保證，如果裝的多的話也是一個非常大的隱患。還有一個就是目前的鉛酸電池并不是不能用，如果鉛酸電池管理好壽命能夠達到性價比高的話是不是用鋰電池作為替換，鋰電池成本低可能是由于國家補貼造成的現(xiàn)有價格比較低，是不是一個假像還值得再考察。
這個就是梯次電池這個電池做一下參考也不是很準，2013年我也是想看看怎么樣做一個放電測試，200Ah的電池放出來60的Ah，上個禮拜我做測試大概放出105Ah這個應用有超過14年的電池。從這以后大家日歷壽命可以做參考，性能還是不錯的。鋰電池應該是對中國鋰電有貢獻，但是個別電池是非常好的，生產(chǎn)批量性可能做的不是很好。
這個就說電池均衡發(fā)展方向?qū)嶋H上電池的一直性是電池管理一部分，我們的目的就是管理好電池把電池組中成千上萬的電池，比如說特斯拉電池有接近上萬只電池，每一個電池都像單節(jié)電池一樣管理，讓每一個電池的使用工況都比較友好的話就沒有理由讓個別電池的性能得到衰減，我們維護了每一個電池的話整組電池的性能和壽命也會延長。做均衡的目的就是讓電池電壓一致、溫度一致甚至電流一致，我們講均衡的時候現(xiàn)在提的都是電壓均衡就是串聯(lián)電池電壓均衡，有一個問題大家一直都回避掉了就是并聯(lián)電池的均衡，當電池并聯(lián)的時候內(nèi)阻是不一致的，內(nèi)阻不一致的時候并聯(lián)電池會差異非常大，這應該是影響電池也是非常關(guān)鍵的問題。但是這個問題現(xiàn)在沒有很好的辦法解決，為什么呢？因為要解決電流問題的話一個是大電流功率沒有價格低的，還有如果采用任何措施的話都讓損耗非常大的，這個實際上來說沒有良好辦法解決都把這個問題回避掉了，通過嚴格對并聯(lián)電池的配組來解決這個問題，這個問題沒有解決就靠增加電池廠生產(chǎn)或者是檢測的工作量來解決的。電池的溫度一致性我們再說特斯拉，電池溫度一致性特斯拉做的比較好一點，特斯拉電池管理應該說是從技術(shù)和重構(gòu)來說比國內(nèi)的要差，它是非常實用的電池管理技術(shù)。它的特點就是一個溫度一致性比較好，再一個工藝比較好。它的溫度一致性做到正負兩度。我想如果我們通過控制每一個電池組中部分電池的電流來達到調(diào)節(jié)電池溫度均衡的目的，這樣以后就能夠減輕電池PACK中的溫度管理成本，任何技術(shù)的目的都是為了降低成本增強實用性，這樣的話如果做到自然風成本就會更低也是電池均衡后面溫度均衡要解決的問題。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
