中國儲能網訊：10月12-13日，第五屆儲能技術在分布式能源與微電網中應用高層研討會在深圳順利召開，來自行業(yè)協會、科研院所、知名企業(yè)的代表超過300名嘉賓到場參會。會議由中國化學與物理電源行業(yè)協會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會聯合主辦。中國化學與物理電源行業(yè)協會儲能應用分會、中國儲能網承辦。杭州高特電子設備股份有限公司董事長徐劍虹，在會上以“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)淼膱蟾媸腔陔姵厝芷诘碾姵毓芾硐到y(tǒng)。大家都非常關注儲能怎么做，比如有很多電池廠、儲能的運營商和集成商，困擾大家的問題是整個電池的成本，另外的問題是電動汽車的電池怎么應用的問題，這個問題是非常熱門的話題，我從2016年下半年開始談這個問題一直到今天，大家可以看到，2013年到2016年我們國家的汽車產量、電池的消耗量，2020年的時候，我們預計的產量在200萬輛的時候，我們電池的消耗量要達到100GW，大家也可以看到，電動汽車的壽命一般在5-8年，這是比較長的，早幾年的電池壽命不到這個時間。我們看到2013年投運的電動汽車電池逐漸進入推移期，2020年推移的動力電池將達到幾十GW，2025年總量達到100GW，我們投入這么多電池做電動汽車，我們面臨的問題是幾年后會有這么多電池退役下來，怎么辦？如何介紹對環(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)不可回避的問題。
我們認為電池的全生命周期的梯次利用成為人們充分利用資源、保護環(huán)境的必由之路。電池的梯次利用用這樣的圖描述出來，我們電池生產完了之后可能新用在電動汽車上，然后商業(yè)儲能、后備電源，進行電池的回收，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制，鋰電池現在還沒有形成這樣的機制。在2015年的時候，國家已經有政策，非常明確，汽車生產企業(yè)，動力電池的生產企業(yè)應該承擔動力電池的回收利用的主體責任。但是到目前為止，梯次電池該如何做還是很重要的問題，梯次利用的可行性，我們公司對電池壽命周期的測試，這是真實的數據，我們取了磷酸鐵鋰電池進行循環(huán)測試，測試到10300次左右，容量保持率開始低于30%。電池在100%到70%范圍內使用，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行使用。第二個信息是電池的壽命曲線和循環(huán)次數幾乎呈線性的相關性，大家下面可能看不到，也就是說這個數據是磷酸鐵鋰電池，比如三元電池也做過次類測試，不是很理想，鉛酸電池和三元電池在后面，在70%左右會呈現出跳水的現象。我在這里介紹電池的幾次利用主要是針對磷酸鐵鋰電池而言。
對一組電池來說，大家可能會說這個電池經過汽車的使用之后，這個電池是什么樣的狀態(tài)？這個電池的狀態(tài)我們做過一些分析，有數據來支撐，統(tǒng)計數據的表明，電池PACK的容量在70%左右，而單體電池容量經過充放電大部分可達到80%以上，具有較高的能量利用率。我們有大巴退下來的電池，還有乘用車退下來的電池，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致的電池離散性導致的。我們做過兩個案例，分析了一些數據之后，基本上80%以上沒有問題，甚至有的可以高達90%以上，整個能量的利用率還是非常高。這里有一個問題，大家是不是認為這個能量可以用到電動汽車上呢？不完全是，因為電動汽車除了對能量有要求，還要有動力性能的表現，也就是放電倍率的表現，所以我們會觀察到電池在它使用的性能逐步衰減之后，不光表現容量的衰減，同時也表現出它動力性能的衰減，它的放電倍率性能的衰減。這兩個因素都會導致動力電池在車上經過一段時間使用，必須要退役的因素，不是一個電池在車上的時候跑250公里，可能下降的容量是60%的時候，還可以跑150公里還可以繼續(xù)跑，不完全這樣，你會感覺車的加速性能繼續(xù)下降，會帶來安全的隱患。對這樣的電池而言，如果我們把它用到儲能上，大家都知道，儲能在削峰填谷的場景，它的充放電一般在0.2到0.5C，不會大于1C，汽車設計的時候，動力電池的設計一般在30以上，盡管性能有所下降，但是面對儲能的應用場景還是綽綽有余的。當容量繼續(xù)下降，動力性能更差的時候，我可以用在對容量要求更低，充放電能力要求更低的場合。
在100%-70%可能用在車上，70%-30%用于儲能，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%的時候，這個電池的壽命可以達到1萬次以上。當然跟它的工況還是有關系，我們做的所有測試都是100%。30%一下?？梢杂玫腿萘康膱龊献霰粍幽茉词褂?，充放電次數很少，它還是有利用價值。剛才描述了電動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題，我們現有的批次利用怎么做的呢？基本上是這個過程，現在把一個車的電池包給拆出來，再拆成電芯，然后經過測試、篩選，再重新組裝成模組或者PACK，再用于儲能。這就是我們現在的批次利用的辦法，前陣子在無錫有一個會，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，整個的拆解、篩選、重新存儲的成本會非常高，甚至于有些PACK或者模組沒有辦法，早期有些是用螺栓擰的，現在是用激光，用激光都沒有辦法拆，拆了就沒有辦法用了，所以這樣的應用不可行，成本很高，沒有經濟價值。
所以電池梯次利用的難點主要體現在幾方面，為什么要拆？因為電芯不一樣，要測試，所以遇到的第一個問題是對梯次利用電池性能的準確評估，拆和測之前不知道每個電芯的狀態(tài)，這是遇到很大的問題。拆的時候有成本，還有風險，每個PACK狀況不一樣，沒有辦法標準化拆解，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？這些都是問題，還有利益問題，還有如何打消用戶對梯次利用電池的憂慮和擔憂，我給他一個新電池他很開心用，當告訴他是汽車上退役下來的電池，他就會產生很多的憂慮。還有相關的標準和相關的體系都沒有建立起來。
所以電池組的拆解、測試、充足成本極高，失去了梯次利用的經濟價值，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，通過三方面的技術突破來實現梯次利用。1、高特通過模組級的電池管理模塊成組的方式，解決了電池模組內單體電芯及電池模組性能準確診斷，我們的展位一個模組有一個電池管理系統(tǒng)，我會準確的診斷每節(jié)電芯的狀態(tài)。拆解是模組拆解，這個狀態(tài)可知。2、高特BMS具有主動均衡功能，可有效改善模組內的單體電芯一致性，恢復模組的有效電池能量。3、由于模組中已經集成了電池管理系統(tǒng)，電池重組時不需要再加儲能用BMS。分布式電池管理系統(tǒng)+SOC/SOH+雙向主動均衡，這是高特的解決方案。
大家可以看到，這就是我們現在的電池模組的PACK，大部分廠家都是這么做的，電放完之后線連出來放到外面，拆解的時候，每個電芯的情況不可知，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，里面每個電芯的工作狀態(tài)都實時診斷和記錄，你拆解的一瞬間知道每個電芯的狀態(tài)，你使用到現在你的經歷，充多少次電、放多少次電，過充多少次、過放多少次，全部都應該在里面，你不需要再做測試，這從根本上解決測試的問題。
這就是我們在展臺上放的模組照片，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，我們在這里面不光是采到電壓、電流、溫度，這個東西大家都做到了，更重要的是這里面我們有思考、有算法，這樣就構成智能化的模組，這個模組不光提供能量，更可以告訴后面的使用者現在的電池狀態(tài)。第二個是主動均衡和容量恢復的功能，我們認為電池的性能變差的主要原因，大家可能會說電池經過循環(huán)會逐步衰減，這個衰減非常慢，基本上在一年的使用情況衰減2%左右，也就是說我們實際的電池衰減非?？?，什么原因呢？大家可以看到，由于單個電芯充的時候放到頂，放的時候也是最低電壓，由于它制造的非一致性，使電池充的時候，某個電壓高了，其他的電壓沒有到頭，反過來也是如此，隨著電池的一次性越來越差，容量越來越小。所以說電池組的容量的衰減主要是由于電池的模組內非一致性造成的。我們知道電池組模組內的性能是呈正態(tài)分布的，放到下限的分布和上限的正態(tài)分布，隨著使用時間的延長，它的正態(tài)分布的寬度越來越寬，中間的可用空間越來越少。另外一種極端情況，如果有三節(jié)電池，一個90AH，一個80AH，一個100AH，大家會覺得最低的電池容量是80AH，其實不是的。由于當前的電壓處的位置不一樣，所以這三節(jié)電池加起來的容量并不是等于最小的80AH，可能只有70AH，一個模組內整個容量的下降是由于非一致性導致的，非一致性我們能夠看到，盡管有80、90、100三個電池，但是它的結論不是80，大家可以看到。我們實際使用過程中經常遇到這種電池。
怎么解決這個問題呢？我們認為解決電池的非一致性唯一的辦法就是主動均衡，現在均衡的辦法很多，有些是拿出來單獨給它做維護，我們認為這時候它的衰減很快，差異性變得很大，必須給它做實時的均衡。新的電池由于控制的比較好，出廠配置等等，表現會有比較好的一致性，隨著使用時間的延長，一致性會變得越來越差，當過3-5年以后你會發(fā)現一致性變得越來越差。高特采用雙向主動均衡技術，我們把現場的數據給大家看一下，這個用了幾年的電池組，剛開始電池一致性很差，后來電壓的一致性很好，放電時間明顯改善。上面電池組24節(jié)，大家可以看到剛開始一致性很差，經過均衡之后變好，大家也可以上下對，它的充放電時間明顯延長了。我們用數據說話，第一次循環(huán)電池組的存儲容量只有65.5AH，經過30次循環(huán)達到99AH，容量提高了60%，原來100變成160，所以這個效果非常明顯，這都是實際做的測試數據，也就是說如果我們在退役的電池大部分由于這種情況造成，只要通過簡單均衡就可以拉回來，大家認為是不是均衡一下就可以了？后面幾個循環(huán)馬上又散了，我們做了測試，我們均衡完的電池，如果把均衡關閉掉，經過100次循環(huán)，很快衰減到2%-4%，這個衰減會非?？?。
為此我們做的BMS，除了放在模塊內的顯示電壓、電流等的模塊，還可以添加主動均衡模塊，這兩個模塊如果組合在一起，兩個之間會有串口，直接可以拿來使用，非常方便。這就帶來梯次利用的變革，原來一個模組里面是沒有BMS，我們把BMS放進去，形成這樣的模組，我們要做幾次利用的時候，就變得很簡單，我們只要把模組告訴我的數據，比如大家都是70AH左右，只要串在一起，放到主動均衡就OK，根本不需要去測。既不要測，也不要拆，這些東西可以拿來用，所以這是革命性的變化。這種變化就把原來的過程，就是重新制造之后重新拿來用就可以，所以這個成本會變得很低，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。拆下來之后，其實每個模組的狀態(tài)是可知的，只要拿出來分類就可以了。
案例，現在有兩個案例已經做了，這是相對比較大，去年完成的，總的是9MW，當時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。當時退役1500個電池箱，我們不做篩選，然后直接測試，發(fā)現有1260個箱子可以直接拿來用，并不是所有電池都衰減了，可能只是其中很小一部分，這個比例超過84%，我們認為應該是80%以上的電池沒有問題，可以直接拿來用。我們加了主動敢于的模塊，上面有BMS，它只有檢測的功能，沒有均衡的模塊，我們加均衡模塊就做完了，很簡單。里面的模組沒有變化，BMS沒有變，因為沒有改，看上去比較丑陋，直接加一個主動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，在我加主動均衡模塊之前測試數據很快，到這個時候有些電池掉下來，很多電池還在很高，但是有些掉下來只能重視，經過均衡之后，大家可以明顯看到一致性變得非常好，幾乎同時下來了。這就是其中一個模組的數據，第一次充放電循環(huán)的放電只能到這個時刻，經過第八次的時候，大家可以看到充電已經到這么長，也就是增加了這么大一塊容量，這個容量至少提升了30%以上，所以原來這個模組可能是70%的，可能現在已經變成90%以上，所以這個效果是非常明顯的。我們沒有做太多的改動工作。
高特創(chuàng)新的分布式電池管理系統(tǒng)+SOC/SOH+雙向主動均衡，在電池制造成組之后，每個電芯狀態(tài)隨時可知，每個電芯隨時可以得到有效的均衡維護，使電池組的性能和壽命得到最大程度的保障，實現了對電池組全壽命周期的管理。這是高特的工作，基于我們對電池的理解和BMS理解做的一項工作。
高特電子和高特新能源，其實是募資公司，我們以后會更多的以高特新能源的公司來運作我們的儲能，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，其他東西都沒有做。20年下來，高特在對電池的變化特性有充分的經驗的積累，高特目前的技術主要是對電池的SOC、SOP的診斷技術，第二個是主動均衡技術，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。目前高特已經有了68項專利，主要集中在電池的容量診斷和電池的均衡基礎上。在這個過程當中，高特也做了一些儲能項目，和我們的合作伙伴，高特目前做的儲能項目和合作伙伴做的儲能項目就是集成，大約已經有將近160MW，所以這次聚會當中，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！
（本文根據第五屆儲能技術高層研討會會議錄音整理，未經本人審核，不足之處，請批評指正。）
