中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)”在深圳隆重召開， 來自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、西班牙、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項(xiàng)目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會(huì)。
中國(guó)鐵塔股份有限公司能源創(chuàng)新中心技術(shù)主管、高級(jí)工程師鞏欣在通信儲(chǔ)能專場(chǎng)，發(fā)表了題為“梯級(jí)磷酸鐵鋰電池實(shí)踐應(yīng)用探索”的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
鞏欣：感謝主委會(huì)。上一屆在蘇州，我介紹了鐵塔公司2015-2016年開始，對(duì)相關(guān)的梯級(jí)鋰電池的探索。當(dāng)時(shí)的情況僅僅是做試點(diǎn)，2017年4月的蘇州大會(huì)上，當(dāng)時(shí)鐵塔設(shè)置的站點(diǎn)規(guī)模大概幾百個(gè)。經(jīng)過一年多的時(shí)間，目前經(jīng)過兩期運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)在投入的電池運(yùn)營(yíng)大概3萬組。今天匯報(bào)的題目是“梯級(jí)鈦酸鋰電池的應(yīng)用實(shí)踐和探索”。分為三部分：
第一，通信用電池組應(yīng)用分析。常規(guī)把電池分為交通動(dòng)力和電力儲(chǔ)能，之所以這么劃分，我跟很多電池廠溝通發(fā)現(xiàn)，雖然很多企業(yè)把移動(dòng)通信作為單獨(dú)的分支，往往運(yùn)行的分支都放在儲(chǔ)能事業(yè)部。大家理解移動(dòng)通信備用電源基站是儲(chǔ)能的分支，這樣劃分沒有問題。由于通信行業(yè)作為小行業(yè)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域占的份額不多，但實(shí)際應(yīng)用中的確和一般的儲(chǔ)能領(lǐng)域有些差別。
通信行業(yè)原有的使用基本是鉛酸電池，我們?cè)诨緫?yīng)用了幾十年的鉛酸電池，但始終讓我們不太滿意，不太滿意的地方是體積大、重量大，溫度適應(yīng)性比較窄，循環(huán)壽命比較少，放電能力相對(duì)大功率來說比較差。但它有一個(gè)很好的地方是維護(hù)非常簡(jiǎn)單，我們通信行業(yè)由于基站的建設(shè)非常復(fù)雜，如果體積大、重量大，對(duì)于搬運(yùn)和安裝來說是一個(gè)很大的難題。溫度適應(yīng)性窄，基站從天南海北，我們要配置大量的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，包括循環(huán)壽命少。雖然現(xiàn)在的電網(wǎng)質(zhì)量越來越或，但我們?nèi)匀挥泻芏嗍∧壳暗脑圏c(diǎn)狀況非常差。有些省每年的發(fā)電費(fèi)用是以億計(jì)算，后期的維護(hù)和使用造成很多困難。
磷酸鐵鋰電池從開始的應(yīng)用，本著在動(dòng)力汽車上應(yīng)用。所以開始沒有在基站后備考慮磷酸鐵鋰電池的相關(guān)問題，我們考慮體積小、重量輕、適應(yīng)性比鉛酸好。我們看中它很好的情況是如果基站不好的情況下，使用壽命長(zhǎng)，為每年維護(hù)替換量造成很好的結(jié)果。從另一點(diǎn)分析來說，使用磷酸鐵鋰電池，建設(shè)和維護(hù)的要求提高了。原來的鉛酸電池很簡(jiǎn)單，不需要管它。換了磷酸鐵鋰電池，相應(yīng)的電子元器件介入，對(duì)于維護(hù)人員、施工人員的要求提高了，要調(diào)測(cè)和維護(hù)。
這是我做的基站使用方案測(cè)算，以50Ah直流電負(fù)載情況下做的測(cè)算。從表格對(duì)比來說，上表是鉛酸測(cè)算值，下表是磷酸鐵鋰測(cè)算值。從表格中可以清晰的分析出，我們配置同樣Ah的磷酸鐵鋰電池，得到的放電小時(shí)數(shù)高于鉛酸電池，尤其是配置容量比較低的情況下。計(jì)算值可能比常規(guī)的計(jì)算值得出的結(jié)果小，我這個(gè)測(cè)算值考慮一定的安全系數(shù)后，同時(shí)考慮5-6年壽命運(yùn)行，結(jié)算出來的。我希望6年后，這個(gè)電池還能跑出這個(gè)水平。
第二，鐵塔梯級(jí)鈦酸鋰電池的實(shí)踐應(yīng)用，這是主要部分。2015-2016年開始，我們采用三種方式進(jìn)行分析和應(yīng)用的對(duì)比。從實(shí)際應(yīng)用角度來說，可能沒有太大的方式。無非是把車上的整包電池拆下來進(jìn)行應(yīng)用。下一個(gè)環(huán)節(jié)是電池包內(nèi)形成幾十伏的模組進(jìn)行應(yīng)用?？梢灾苯硬?，重新篩選分組，進(jìn)行應(yīng)用。我們做了相應(yīng)的嘗試，從實(shí)際情況來看，應(yīng)該是最后一種用得最多，我們對(duì)前兩種做了分析，下面會(huì)對(duì)這三個(gè)方式進(jìn)行詳細(xì)的分析。
首先是電池包，電池包的直接應(yīng)用是行業(yè)內(nèi)進(jìn)行梯級(jí)應(yīng)用時(shí)，很多行業(yè)內(nèi)和業(yè)界專家建議的方式。其特點(diǎn)明顯，工序簡(jiǎn)單、不需要拆解；成本低，無需對(duì)電池再設(shè)計(jì)；周期短，拿來即用。因?yàn)闆]有用拆解，所以設(shè)備操作簡(jiǎn)單。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了問題。原先電池廠、電車廠生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)出來的電池種類太多，形狀各異、接口定義、位置及電壓平臺(tái)容量等都不一致，我們規(guī)模應(yīng)用時(shí)，每一個(gè)包都要進(jìn)行針對(duì)性的方案設(shè)計(jì)，才能應(yīng)用到基站上，否則無法使用。狀況不一致，每個(gè)電池包退下來后，性能和容量?jī)?nèi)部差異大，無法形成同類型的比較。原裝管理系統(tǒng)不一致，各個(gè)車廠和汽車，電池長(zhǎng)開發(fā)出的電池應(yīng)用于動(dòng)力汽車行業(yè)，我們通信用的管理機(jī)制無法應(yīng)用。里面相關(guān)的協(xié)議及策略等保密的東西，我們拿不到。造就我們無法用原裝的系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用到通信行業(yè)中。由于通信行業(yè)備用鋰電是直流48伏電壓等級(jí)，造成目前車用動(dòng)力電池等級(jí)的接口和電壓不一樣，我們要加裝電源轉(zhuǎn)換裝置，把高壓變成低壓使用。
我們發(fā)現(xiàn)直接應(yīng)用這個(gè)模式要邁三關(guān)，一是檢測(cè)關(guān)，我們能否快速通過檢測(cè)，得到電池包里的實(shí)際電池狀況，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)電池包應(yīng)用采取相應(yīng)的技術(shù)方案；二是研制出整套系統(tǒng)進(jìn)行管控，BMS的研發(fā)，目前情況下無法統(tǒng)一研發(fā)出一致標(biāo)準(zhǔn)化的BMS。我們可能要單獨(dú)研發(fā)BMS，甚至對(duì)每個(gè)包的管理策略進(jìn)行調(diào)整；三是行業(yè)內(nèi)轉(zhuǎn)換模式電源比較少，我們要變換為適應(yīng)的電壓等級(jí)，再對(duì)先后端電源進(jìn)行管控，才能應(yīng)用電池包。雖然這個(gè)東西的前端沒有花代價(jià)，加上后端的內(nèi)容后，成本一點(diǎn)也不低。
另一個(gè)問題，大電池包是30度或者40度的，如果拆到模組級(jí)或者重新篩選，30度或者40度的包篩選出來的內(nèi)容，可能用在3-4個(gè)基站上。如果直接用一個(gè)大包，只能用在單獨(dú)的基站上，對(duì)我來說成本提高了，而不是低了，除非把它用于儲(chǔ)能或者削峰填谷。削峰填谷或者儲(chǔ)能，我要增加別的系統(tǒng)。這個(gè)方案從實(shí)際應(yīng)用角度說，既不便宜，收回成本也很高。2017-2018年，我們基本沒有采用這個(gè)方式。
模組方案，由于上面大包的情況，把難度從幾百伏降到幾十伏。面臨的問題是同樣的，模組的檢測(cè)、模組針對(duì)BMS的開發(fā)以及模組針對(duì)電源轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用，這套應(yīng)用下來后，雖然我們比原來的方案會(huì)好一些。但是從現(xiàn)在我們跟行業(yè)內(nèi)的企業(yè)交流結(jié)果來看，很多企業(yè)即使拆到模組級(jí)，它對(duì)檢測(cè)結(jié)果也沒有把握，對(duì)模組級(jí)也沒有把握，不知道模組可以用到什么程度。從2017-2018年的實(shí)際應(yīng)用中，溝通企業(yè)只有1-2家，對(duì)后同意它采用相關(guān)的技術(shù)方案，給我們提供貨源。我們大部分應(yīng)用第三種方式——把所有的電池拆解到單體進(jìn)行應(yīng)用。
這個(gè)應(yīng)用方式跟行業(yè)內(nèi)企業(yè)溝通了很多，這個(gè)方案從根本上講，被大家詬病的重點(diǎn)是拆解成本太高，拆解成本占很大一部分，由于拆解的損壞，電池變少了，而不是變多了。個(gè)人認(rèn)為這是梯級(jí)電池真正應(yīng)用的方向。雖然梯級(jí)電池拆解麻煩，把它拆成單體電芯后，重組分類可以應(yīng)用到不同的廠子，這是把梯級(jí)電池最大化應(yīng)用的最好方式。前幾種方式，目前來說短期內(nèi)無法拿出可以整合的方案。這個(gè)方案目前是業(yè)界統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，工序復(fù)雜，拆解成本高，多次循環(huán)，周期長(zhǎng)，最后定義出電池的安全容量。大家說這個(gè)方案不好，但從實(shí)際客戶的角度來說，我認(rèn)為這個(gè)方案是最好的。它真正能貼近客戶的需求做相應(yīng)的內(nèi)容。
這是三種方式的對(duì)比分析，從目前的分析來看，由于前端的制造企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化沒有走到一定程度，造就目前的一些問題，在于后端使用方來說需要快速解決，并得到標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用產(chǎn)品，存在很大的影響。從2017年鐵塔大規(guī)模使用梯級(jí)電池的方案后，經(jīng)過大半年的研究，絕大部分廠家仍然走第三個(gè)方案，拆解單體，重新重組。
這是目前行業(yè)內(nèi)的電池現(xiàn)狀，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)問題，使用方希望產(chǎn)品越規(guī)格化、越標(biāo)準(zhǔn)化越好。反饋的情況是電池規(guī)格、形狀、大小都不一樣。面臨組成的梯級(jí)電池包形成統(tǒng)一的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)化，難度太大了。我開始時(shí)按照原來的模式定了一套產(chǎn)品的容量規(guī)格體系，是按照新電池放寬一些容量進(jìn)行定制。廠家反饋不行，這樣定沒法賣。梯級(jí)電池下來的容量不一樣，75的不能按50的賣，太虧了。90不能按100的賣。所以我們劃成這個(gè)模式，這個(gè)還不夠。在最近談判中，有廠家提出5Ah一劃?rùn)n，這是我們目前實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題。在全國(guó)應(yīng)用中，省市公司的壓力非常大，因?yàn)榻o我們供貨中出現(xiàn)的問題，前10兆這個(gè)廠家的電池可能是小圓柱電池，后10兆是方形電池，這是目前在實(shí)際應(yīng)用中遇到的情況。
經(jīng)過談判，我們跟廠家簽訂的合同到1G左右，供貨容量達(dá)到這個(gè)規(guī)格體系，無法標(biāo)準(zhǔn)化。我相信后面談判的廠家，容量和規(guī)格會(huì)增加。
我們對(duì)磷酸鐵鋰電池的預(yù)期，我說的是成組指標(biāo)。鉛酸電池成組指標(biāo)是百分百DOD100次，我就新磷酸鐵鋰電池跟通信行業(yè)的專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行溝通，他們認(rèn)為比較可信的指標(biāo)應(yīng)該是100%DOD。由于梯級(jí)電池是應(yīng)用完一手的電池，我們的目標(biāo)應(yīng)用在400個(gè)循環(huán)左右，作為備用電池。
從把控體系來講，我們修正的原來的思路。我們和廠家溝通過程中發(fā)現(xiàn)，原來標(biāo)準(zhǔn)化的路走不通，電池太多，規(guī)格、種類、樣式、形狀、使用的情況不一樣，造就電池的單體千差萬別。原來我們定標(biāo)準(zhǔn)是一致性、內(nèi)組、壓差等標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)。如果我們按照標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)，可能對(duì)我們的應(yīng)用造成不好的情況，我們沒有電池可用。按照這個(gè)篩選，我們的量更少。目前來說，行業(yè)內(nèi)可以給我們提供電池的廠家不多，我們大量聯(lián)系相關(guān)的汽車制造行業(yè)的汽車廠，給我們的感覺是絕大部分汽車企業(yè)并沒有做好梯級(jí)利用的準(zhǔn)備。目前來說，我們主要供貨商是電池廠。我們希望把汽車上下來的打包，目前存在瓶頸，下來的量不多。我們每年有新建和維護(hù)兩大類電池需要進(jìn)行應(yīng)用，我們需要大量的電池。目前階段，如果汽車廠不能在這個(gè)階段給我們電池，我們就面臨斷建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是誰也無法承擔(dān)的。雖然我們目前仍然積極的跟汽車廠溝通和協(xié)調(diào)，目前主要的供貨商還不是他們。
這是我從技術(shù)規(guī)范書摘抄的指標(biāo)，我們期望把磷酸鐵鋰梯級(jí)電池用在零下0度-45度的條件下。我們希望磷酸鐵鋰電池成組是16串的，而不是海外通信行業(yè)15串的標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)次數(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)工況下是400次。我們對(duì)BMS做了統(tǒng)一的要求，但要求是不夠的。畢竟通信行業(yè)使用磷酸鐵鋰的時(shí)間比較短，對(duì)很多內(nèi)容沒有真正深入挖掘和研究。我們?nèi)匀灰罁?jù)通信行業(yè)的慣用使用方式，比如從外觀上和管理功能上，統(tǒng)一通信行業(yè)的協(xié)議要求上、統(tǒng)一監(jiān)控內(nèi)容和抗干擾等要求上定了一些內(nèi)容，我認(rèn)為后期在這地方需要大力的挖潛。
這是目前應(yīng)用時(shí)間的內(nèi)容，要求梯級(jí)磷酸鐵鋰電池所能達(dá)到的保修年限和目前供給鉛酸的價(jià)格一致，6年保持一致。我們從2017年中到年底進(jìn)行廣泛研究，2018年初進(jìn)行相關(guān)的采購(gòu)談判。相關(guān)采購(gòu)談判，控制在0.7元每瓦時(shí)，這是2017年時(shí)間，經(jīng)過跟車廠、電池廠的大量溝通后，我曾經(jīng)測(cè)算梯級(jí)電池成品價(jià)格是0.75元的水平。隨著梯級(jí)電池市場(chǎng)供應(yīng)量的提升，價(jià)格有所下降，所以我們定0.7元每瓦時(shí)。
從本圖可以看出，紅色部分是目前給我們供貨的廠家區(qū)域，我們希望得到就近供貨，就近對(duì)各省解決問題。從目前的情況看，全是空白。我們期望的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者省級(jí)之間問題解決，可能需要后期進(jìn)一步優(yōu)化才能進(jìn)行。
第三，技術(shù)發(fā)展的設(shè)想。從前端電池包和模組規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化，國(guó)家早已意識(shí)到這個(gè)問題，不斷進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的頒布。從應(yīng)用到市場(chǎng)來說，我認(rèn)為這些標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步細(xì)化，才能給我們后端企業(yè)的梯級(jí)應(yīng)用打下來好的基礎(chǔ)。BMS相關(guān)控制管理也應(yīng)該有細(xì)化的內(nèi)容，原來通信行業(yè)的使用是被動(dòng)的，主要考慮成本的壓力。從現(xiàn)在的情況來看，如果我們將來在通信行業(yè)要做儲(chǔ)能、削峰填谷、新能源，主動(dòng)型的BMS是我們的首選，其管控能力和協(xié)調(diào)能力導(dǎo)致我們將來大規(guī)模的并聯(lián)和串聯(lián)使用。這一點(diǎn)是將來主要研究的方向。
目前來說，由于各個(gè)廠家制造的電池情況不一，我們需要找一些快速、簡(jiǎn)便、有效的手段，對(duì)電池進(jìn)行鑒別。目前沒有權(quán)威的機(jī)構(gòu)，可以拿出我們共同認(rèn)可的方式檢測(cè)電池的好壞程度。當(dāng)然，有人設(shè)想將來通過梯次管理平臺(tái)的建設(shè)和全生命周期的管控，邏輯上是沒問題的，等到它功能強(qiáng)大仍然有很長(zhǎng)的路。目前我們的管控平臺(tái)只能做到監(jiān)，做到控的能力還很弱。我們下面的研究要更細(xì)化，更貼近實(shí)際，對(duì)梯級(jí)利用作為國(guó)家綠色產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)的體現(xiàn)，才能得到更好的實(shí)際應(yīng)用。謝謝大家！
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
