鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1190次 | 2018年12月27日
擴(kuò)大新能源的應(yīng)用規(guī)模和范圍 鋰電池為優(yōu)選之一
模儲能里有三個技術(shù)是比較核心關(guān)鍵的，一個是BMS，第二個是PCS，第三個是EMS，任何一個環(huán)節(jié)做的不好都有可能造成非常大的風(fēng)險和不良的后果，周錫衛(wèi)研究員在2018國際儲能峰會上表示。
218第五屆國際儲能峰會上，國家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心特聘研究員周錫衛(wèi)先生分享了儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用方面的內(nèi)容，重點(diǎn)介紹了BMS及安全管理方面內(nèi)容。
以下為發(fā)言實(shí)錄：
國家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心特聘研究員周錫衛(wèi)先生：各位同行，各位朋友下午好！今天跟大家分享一下大規(guī)模儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方面，這個題目很大，實(shí)際上我今天重點(diǎn)講的是安全性和經(jīng)濟(jì)性，儲能系統(tǒng)現(xiàn)在大家比較關(guān)心的就是嚴(yán)重方面怎么樣，然后商業(yè)價值有沒有，有沒有盈利的空間，今天我重點(diǎn)介紹這兩個方面。
因為時間關(guān)系，有些內(nèi)容我就過去了，有些重點(diǎn)的地方我就講的稍微細(xì)一點(diǎn)，這個大趨勢就不講了。儲能系統(tǒng)商業(yè)化的探索目標(biāo)，實(shí)際上我們重點(diǎn)在這四個方面考慮，一個是基于市場化創(chuàng)新上，不需要新的國家政策或者是政府補(bǔ)貼的情況下，憑借著交易平臺等市場化的手段如何進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)三個方面的考慮，一個助力電網(wǎng)，就是在電網(wǎng)的電力調(diào)節(jié)輔助服務(wù)上去發(fā)揮作用。第二個在現(xiàn)行政策，有一個非常重要的特點(diǎn)來支撐著大規(guī)模儲能的就是國家能源局有一個164號文，應(yīng)該是2016年的，這個文件是關(guān)于儲能如何變成一個獨(dú)立電站跟電網(wǎng)發(fā)生業(yè)務(wù)關(guān)系，然后定價如何定，給了一個原則意見，所以現(xiàn)行政策我們是依據(jù)這樣的一個政策來實(shí)施的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
第三個方面就是降低新能源的棄電或者是擴(kuò)大新能源的應(yīng)用規(guī)模和范圍。因為大家關(guān)心安全，近年陸續(xù)發(fā)生一些比較重大的安全事件，本來我還有幾張圖，因為涉及到國內(nèi)的一些單位我就沒有放出來，就放了這一張，這是韓國2018年7月2號發(fā)生的一個比較大規(guī)模的，是有4兆瓦的功率，12兆瓦時鋰電池的儲能系統(tǒng)，全部都燒盡了，救火是救不滅了。經(jīng)過分析，各個專家分析統(tǒng)一比較認(rèn)可的共識是認(rèn)為現(xiàn)在的鋰電池的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)在的設(shè)計技術(shù)，材料技術(shù)還存在著一定的商業(yè)應(yīng)用的風(fēng)險，主要實(shí)際上是有幾個方面，一個是過充過放的風(fēng)險，第二個是短路風(fēng)險，第三個是在應(yīng)用的時候不均勻性造成電芯不一致的后期效應(yīng)，前期靜態(tài)的時候在工廠都做了一致性的檢測，原則上是沒問題，但是在應(yīng)用場景上，一串組之后可能溫度差比較大，靠外面環(huán)境接觸的地方，因為有空調(diào)設(shè)施，溫度控制會比較好一點(diǎn)，但靠中間可能只有三毫克，兩個電芯之間只有三毫米的間隙，這樣的話空氣對流還是比較困難，所以溫度的一致性在運(yùn)行過程中實(shí)際上是有比較大的差距。在不同的溫度環(huán)境下充放電電量是不一樣的，這樣就造成規(guī)模應(yīng)用的時候，本來比較一致的，使用到一段時間之后不一致性就會凸現(xiàn)出來，不一致性凸現(xiàn)出來會有很多的隱患和風(fēng)險，后面我們會講到。
這是一塊BMS，實(shí)際上大規(guī)模儲能里有三個技術(shù)是比較核心關(guān)鍵的，一個是BMS，第二個是PCS，第三個是EMS，任何一個環(huán)節(jié)做的不好都有可能造成非常大的風(fēng)險和不良的后果。特別突出介紹一下BMS，電池管理最基本的一個環(huán)節(jié)也是最實(shí)質(zhì)的一個環(huán)節(jié)，我想了一個通用的BMS的，網(wǎng)上也可以搜得到的一塊板，只管12顆電芯或者16顆，可能有一些這方面的專家自己做過了，大部分可能自己沒看過里面BMS電路的情況。
BMS實(shí)際上是一個比較強(qiáng)大的計算機(jī)控制系統(tǒng)，也是比較復(fù)雜的，里面局部的電路，這是幾顆專用芯片，這是均衡電路的，一共可以管六顆電芯的大概就是這樣一個結(jié)構(gòu)。里面有龐大的線路，這會怎么樣呢？第一，它管理的參量會比較多，包括運(yùn)行、判斷等等，還有一個本身的可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電芯的可靠性。
我把它簡化了一下，基本上像這樣的一個BMS，藍(lán)色的部分就是監(jiān)控電路，剛才那塊大板的主要部分，它還有均衡電路，均衡電路目前有兩種，我一會兒把一個示意圖再打出來。我現(xiàn)在要說明的是什么呢？目前的這個是鋰電池的，特別說明一下。今天重點(diǎn)講的是鋰電池方面的，實(shí)際上是電化學(xué)蓄電池方面，不排除，不是說別的儲能方式不好，因為我認(rèn)為目前商業(yè)性價比比較高的，馬上能夠商業(yè)化應(yīng)用的，大規(guī)模儲能方面鋰電池還是比較優(yōu)選的之一。
講鋰電池多數(shù)是這么一個情況，我現(xiàn)在一共劃了五條線，這邊是四個電池，現(xiàn)在叫四個并接，目前大規(guī)模儲能一般都是三個，四個，五個，甚至八個，還有做多的是12個，一會兒我講為什么是這個原因?，F(xiàn)在是四個并接的，視同為一個電池好了，檢測電路有5根線，兩根線是檢測電壓的，還有一根藍(lán)色是檢測溫度的，還有兩根紅色是做均衡的，是主動均衡的。這里面特別說明的是一顆電池要有五個線路，其中還有一個是電路的回路做主動均衡的。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
在一個一MWH的集裝箱里，如果用60安時的電芯要有5000多顆，如果四個并起來這樣的話還有一千多個回路在里面，所以輔助的設(shè)備和回路造成的不安全因素是非常大的，現(xiàn)在很多集裝箱出問題，后面分析起來，很多跟輔助電路先發(fā)生故障和問題有很大關(guān)系。
還有一個，電芯大家會看，每個電芯廠都會做測試，實(shí)際上是很難燃燒的，我們也做過實(shí)際的測試，你就是一顆電芯，基本上就是600多安回出來，有的會到900安一顆電芯，這個電流會非常大，如果電人的話把手指就要擊穿掉，但是它不會燃燒。
反過頭來講燃燒是因為很多情況下，過充過放會漏液，溫度會比較高，比較高的時候電極，不同廠家的工藝措施使它內(nèi)部短接，容易和燃燒的鋰電池的液體發(fā)生關(guān)系，這時候比較容易起火。
畫這張圖的另外一個意思，我這邊畫了四根電池，這邊一個紅色，現(xiàn)在的BMS檢測實(shí)際上是這個紅色的電壓，并不是四顆里面任何一顆的電壓，這個大家大多數(shù)都是學(xué)過電的，中學(xué)物理里面都有，并接的時候電壓位是相等的，所以四個并接之后檢測到的電壓是同樣的電壓?？墒沁@四顆電芯里面運(yùn)行一段時間了不均衡，有的已經(jīng)過充了，有的已經(jīng)滿了，旁邊的這一顆，兩邊的還比較低，電位，這個時候如果按照紅線的位置可能只有到80%的SOC還可以繼續(xù)充電，另外一顆已經(jīng)滿的這個時候就會過充了，長期過充就有可能造成比較危險的事故。
如果現(xiàn)在是放電，現(xiàn)在比較低的就會提前達(dá)到了放電的保護(hù)電，不應(yīng)該再放的，再放就過低了，檢測出來的平均電壓在他上面，這個時候在BMS和EMS得到的數(shù)據(jù)，它還可以繼續(xù)放電。這個時候再放電，這兩個比較低的就會過放，所以過充過放電池廠家都會說是致命的損傷。
為什么出現(xiàn)這種情況呢？剛才我們看到了BMS的線路，包括這些個傳感器等等，這個成本目前還是比較高的，為了降低成本，它就把幾顆并在一起視同一顆，所以這樣的話就會造成一個，因為經(jīng)濟(jì)成本的原因造成對安全性的降低，就違背了原來BMS最早的初衷，就是要把每一顆電池管住，實(shí)際上就管不住了，這是經(jīng)濟(jì)性上。
這是一個600顆電池工作三個月以后的情況，兩個藍(lán)線之間是允許的偏差范圍，在兩個線的上側(cè)和下側(cè)都有部分的電芯不一致超過了要求，在充放電的時候就有可能造成過充過放，時間關(guān)系就快一點(diǎn)。這是一個小時，如果做調(diào)頻的時候一個小時需要調(diào)的波動的次數(shù)，還是挺頻繁的，所以比汽車使用實(shí)際上難度或者風(fēng)險度是增加的。
這個地方稍微講一下，BMS兩種，靠上邊的這一種是屬于被動的均衡，是有一個電阻，有一個開關(guān)，如果充電的時候這顆高了就把這個開關(guān)接上讓電從電阻消耗掉，把電位拉下來。下面這一個是主動均衡，是靠耦合的辦法，用另外一顆電源給某一個低的補(bǔ)電，或者把某一個高的取出去，使它補(bǔ)齊。這樣的話一個BMS有這么多電芯，如果每一個都去管理的話就要有這么多個回路在里面，這個風(fēng)險，這個出問題的概率也是非常大的，目前很多用的都是開關(guān)管，開關(guān)管某些情況或者設(shè)計不太好會有漏電流還會出現(xiàn)其他的負(fù)作用，這是價格方面，商業(yè)價值上，商業(yè)價值，目前的情況，儲能系統(tǒng)大概在1300-1700千瓦時的價格。
現(xiàn)在我們在大規(guī)模儲能上，BMS做了一個創(chuàng)新的改造就是采用了這邊的這一種，沒有均衡，在電芯上沒有均衡，我們叫做全電芯單體檢測，然后小組串均衡，用這樣的辦法既可以監(jiān)測每一顆電池的安全性又可以解決均衡問題，這是我們在720兆瓦時的項目上做的。最后一句，目前我們在做的一個項目是在甘肅，這個項目比較大，一共有720兆瓦時，一共放了8個子站，在一個輸電的等級線路上掛在不同的地區(qū)，所以我們叫網(wǎng)域，這個項目現(xiàn)在已經(jīng)開始實(shí)施了，這個也就是采用了剛才的BMS的管理技術(shù)，就是單體電芯全檢測，小組串均衡的一個技術(shù)。
