為何意見稿中特別提到電池一致性?

儲能電池的不一致性主要是指電池容量、內阻、溫度等參數的不一致。我們日常的經驗是，兩節(jié)干電池正負連接，手電筒就會發(fā)光，不會考慮一致性的事情。而電池一旦在儲能系統(tǒng)中大規(guī)模應用時，情形并非如此簡單。具有不一致性的電池串并聯在一起使用，會出現如下問題：

1)可用容量損失

儲能系統(tǒng)中，電芯(即電池單體)串聯構成電池包，電池包串聯構成電池簇，多個電池簇直接并聯接入同一直流母排。電芯不一致性導致可用容量損失的原因包括串聯不一致性和并聯不一致性;

·電池包串聯不一致性損失：

電池包間由于電芯本身差異、溫度差異等不一致性會造成每個電池包的SOC(剩余電量)不同，只要有一個電池包充滿/放空，該簇中全部電池包都將停止充放電。

圖1 電池不一致性造成串聯容量失配

·電池簇并聯不一致性損失：

電池包直接并聯成電池簇后，各電池簇電壓被強制平衡，當內阻較小的電池簇電量充滿或放光后，其他電池簇必須停止充放，造成電池簇間充不滿、放不盡。

圖2 多電池簇并聯放電過程中的電流差異

此外，由于電池內阻較小，因不一致性造成的各簇電壓差異即使僅有幾伏，簇間不均流就會很大，如下表中某電站實測數據所示，充電電流差異達到75A(與理論平均值相比偏差達42%)，偏差電流會導致部分電池簇出現過充過放現象;極大影響充放電效率、電池壽命以及甚至導致嚴重安全事故。

表1 某電站實測數據

2)儲能系統(tǒng)壽命縮短

溫度是影響儲能壽命的最關鍵因素，當儲能系統(tǒng)內部溫度提升15℃時，儲能壽命會縮短一半以上。鋰離子電池在充放電過程中會產生大量熱量，由于單體電池內阻不一致，會造成儲能系統(tǒng)內部溫度分布不均衡，電池老化衰減速率加劇，最終導致儲能系統(tǒng)壽命縮短。

由此可見，儲能系統(tǒng)中電池的溫度不一致性是影響儲能系統(tǒng)性能的重要因素，它會降低儲能系統(tǒng)的可用容量，并縮短儲能系統(tǒng)的循環(huán)壽命，甚至造成安全隱患。

如何應對儲能電池不一致性?

電芯的不一致性，都是在生產過程中形成，在使用過程中加深的。同一個電池包內的電芯，弱者恒弱，且加速變弱。然而，雖然沒有完全一致的電芯，但是可以將數字技術、電力電子技術與儲能技術融合，用電力電子技術的可控性將鋰電池不一致性的影響降至最低。針對前文分析的不一致性所帶來的問題，目前市場上有一些廠家推出了組串式儲能系統(tǒng)，具有精細化能量管理和分布式溫度控制的特點，可以對癥下藥：

1)精細化管理，提升可用容量

相比于傳統(tǒng)一個PCS管理1000-2000個以上電芯，組串式儲能系統(tǒng)將電芯管理精度提高到十幾個，精度提升約100倍。針對電池包間的串聯失配，通過優(yōu)化器設計，實現每個電池包的單獨充放電管理。當一個電池包達到設定閾值時，該電池包被旁路，其他電池包可繼續(xù)充放電，互不影響，最大化利用電池容量。

同時，每個電池簇配有智能簇控制器，避免直接并聯帶來的電池不一致性影響，使得每簇的充放電電流得到精準控制，誤差做到1%以內。從而規(guī)避了簇間并聯失配，真正實現了電池簇間獨立充放管理，杜絕了環(huán)流的產生，進一步提升了系統(tǒng)的容量和安全。

2)分布式溫控，延長儲能系統(tǒng)壽命

傳統(tǒng)儲能集裝箱內配置1-2個集中式空調，采用縱向風道進行散熱，風道長度長達約6米-12米，由于散熱通道太長，無法保障每個電池包和電池簇的溫度一致性。

圖3 傳統(tǒng)集中式散熱結構圖

組串式儲能采用簇級分布式散熱，用分布式空調代替集中式空調，每個電池簇可獨立均勻散熱，風道長度小于1米，極大的提升了散熱效率，規(guī)避物理位置帶來的溫度差異。同時，電池包內巧妙的通過樹形仿生專利散熱風道，通過調節(jié)各電芯風道長度及距離，讓每個電芯經過的冷量盡可能一致，降低各電芯每個面的溫度不一致性。

圖4 分布式散熱結構圖

電池不一致性是當前儲能系統(tǒng)很多問題的根源，然而由于電池的化學特征以及應用環(huán)境的影響，電池的不一致性很難根除。組串式儲能系統(tǒng)通過電力電子和數字化技術的可控性，極大的弱化了系統(tǒng)對電池一致性的要求，可大幅提升儲能系統(tǒng)可用容量，以及提高系統(tǒng)安全性。