中國儲能網訊：8月22日，內蒙古自治區(qū)科技重大專項“梯次利用動力電池規(guī)模化工程應用關鍵技術”項目示范工程揭牌儀式，在內蒙古達茂旗華電巴音新能源場站圓滿落幕。
項目示范工程通過了專家組驗收評審。專家們一致認為該項目在基于動態(tài)可重構電池網絡技術的梯次利用電池性能精準評估、智能分選成組、高效集成管控、本質安全運行和商業(yè)模式等方面，取得了多項重大技術突破。從根本上解決了電池儲能系統(tǒng)的安全性和經濟性等行業(yè)痛點問題，是信息-能源交叉領域的顛覆性技術。
“梯次利用動力電池規(guī)模化工程應用關鍵技術”項目示范工程由華電內蒙古能源有限公司聯(lián)合清華大學、北京理工大學、內蒙古工業(yè)大學、中國華電科工集團有限公司、國電南京自動化股份有限公司、華電電力科學研究院有限公司、中國電力科學研究院有限公司、湘投云儲科技有限公司、北京衛(wèi)藍科技有限公司共同研發(fā)、設計和建設。清華大學電機系研究員慈松任項目負責人。云儲新能源科技有限公司為設備供應商。
該工程依托內蒙古自治區(qū)2020年度科技重大專項，面向國家大批量電動汽車電池退役消納的重大需求，基于動態(tài)可重構電池網絡技術方案，選用退役動力鋰離子電池，建設10MW/34MWh規(guī)模的數字無損梯次利用儲能電站，在國際上率先完成集中式大規(guī)模退役動力電池儲能電站的工程示范，是目前國際上單點規(guī)模最大的集中式梯次利用儲能電站。
01
范式創(chuàng)新，顛覆電池管理方法論
隨著新能源汽車產業(yè)的迅猛發(fā)展，動力電池退役也被提上議事日程。退役動力電池梯次利用于儲能電站被認為是退役電池處理的最有效解決手段。然而，由于退役電池系統(tǒng)的安全管控和經濟價值利用一直缺乏可行的技術方案，所以退役電池的梯次利用一直難以付諸實踐。
退役電池梯次利用的最大難點，在于電池具有顯著的不一致性。究其原因，主要是由于電池在生產和使用過程中所處物理環(huán)境（如溫度）不同以及化學屬性的非線性變化，電池天然具有不一致性，而梯次利用的退役動力電池經過車上長時間使用，其不一致性愈發(fā)凸顯，使用不一致性顯著的退役動力電池梯次利用于儲能系統(tǒng)，不僅安全管理難度呈指數級擴大，且系統(tǒng)壽命因受制于電池系統(tǒng)“短板效應”而大打折扣，經濟價值難以釋放。
傳統(tǒng)的電池制造和電池管理思想一味追求電池一致性，為之投入巨大的成本但收效甚微。
清華大學電機系慈松團隊從“世界上沒有兩片相同的樹葉”的第一性原理出發(fā)，提出了接納、管理電池差異性的動態(tài)可重構電池網絡創(chuàng)新思想，將互聯(lián)網屏蔽終端差異性的技術理念引入電池儲能領域，摒棄傳統(tǒng)的電池硬性連接方式，利用軟件控制的柔性連接構建數字能量交換系統(tǒng)，實現了對沿用200多年的電池固定串并聯(lián)范式的變革性創(chuàng)新，從根本上解決了電池系統(tǒng)“短板效應”這一世界級難題。
項目負責人慈松解釋道，在以動態(tài)可重構電池網絡技術構建的規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)中，電池單元可作為基本控制對象，通過數字能量交換系統(tǒng)實現物理上的程序控制柔性連接，從根本上解決了電池系統(tǒng)“測不準、斷不開”的難題，從而實現了電池儲能系統(tǒng)的本質安全性和經濟性及退役電池梯次利用等行業(yè)痛點問題。
02
實現系統(tǒng)級本質安全，促進電池儲能系統(tǒng)延壽增效
安全性和經濟性是當前儲能行業(yè)的兩大痛點，也是清華大學電機系慈松團隊研發(fā)的動態(tài)可重構電池網絡技術體系著重解決的兩大問題。
首先，動態(tài)可重構電池網絡通過百毫秒級電池網絡拓撲動態(tài)重組和微秒級疑似故障電池的在線自動切除，可以從根本上防止熱堆積、熱失控的發(fā)生，這兩大機制實現了電池儲能系統(tǒng)級本質安全。
清華大學電機系慈松團隊的動態(tài)可重構電池網絡通過電池單元間的動態(tài)重組來實現電熱的一體化管控。記者在現場獲悉，通過調整電池放電倍率或控制系統(tǒng)功率因子，動態(tài)可重構電池網絡可采用“N選k”的控制模式，即在每個重構周期內會在N個并聯(lián)電池單元中選擇k個接入系統(tǒng)，未被選中的電池單元不會有電流經過，也就不會產生新的熱量。在重構周期結束后，控制器會根據電池單元的狀態(tài)重新選擇新的電池組合接入系統(tǒng)，若某個電池單元接入系統(tǒng)的時間過長，系統(tǒng)則會將該電池單元從系統(tǒng)中斷開一段時間，以防止出現局部過熱的情況。
根據研究資料，鋰電池系統(tǒng)在50～100℃的溫度變化過程是對電池單元進行溫控處理的關鍵窗口，這個窗口時間是小時級。依托動態(tài)可重構電池網絡的技術特性，在運行過程中可以高精度測量相應電池單元的開路電壓（OCV），而開路電壓（OCV）是唯一能夠準確地反映電池真實狀態(tài)的變量，動態(tài)可重構電池網絡據此進行故障診斷與處置，實現百毫秒級拓撲重構，微秒級故障精準隔離，開路電壓的準確測量能力是避免電池熱失控的關鍵。
其次，動態(tài)可重構電池網絡通過克服“短板效應”等方式，充分挖掘電池充放電效率和全生命周期利用價值，顯著改善電池系統(tǒng)經濟性。
傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)具有“短板效應”，即系統(tǒng)的循環(huán)壽命取決于系統(tǒng)中性能最差的電池單元；而在動態(tài)可重構電池網絡中，所有電池單元都能“盡力而為”、物盡其用，系統(tǒng)循環(huán)壽命延長至少100%，項目全生命周期的經濟性得以大幅改善。動態(tài)可重構電池網絡可兼容非大廠電池、B品電池、梯次電池、鈉離子電池等不同廠家/不同批次/不同規(guī)格/不同電化學體系的電池，不僅給予了儲能建設商更多選擇權，還可有效降低初始投資成本。
動態(tài)可重構電池網絡實現了儲能系統(tǒng)智能在線運維，系統(tǒng)無需人工巡檢；發(fā)生故障后在線上自動對故障電池進行隔離，無需系統(tǒng)停機，極大提升了系統(tǒng)整體可用性，運營成本可降低90%。在部分電池有效容量觸底時可隨時部分換新，無需整體停機，更無需對系統(tǒng)進行整體重建，實現了成倍提高效率、降低成本的目標。
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梯次利用儲能電站日盈利逾萬 獲業(yè)主認可
從2020年到今年8月，慈松團隊與華電集團主持設計、完成的國際上首個單點最大規(guī)模的10MW/34MWh退役動力梯次利用電站，采用了8000組退役大巴動力電池，實現了電池從車上到車下儲能電站的無縫銜接，是目前業(yè)內唯一無需進行單體層面硬性拆解、分選和成組的技術體系。該技術節(jié)省了拆解成本、避免了硬性拆解造成的環(huán)境污染，具有巨大的社會環(huán)保效益。
項目已在網安全穩(wěn)定運行15個月，并參與當地電力現貨市場交易60多次。據統(tǒng)計，使用慈松團隊動態(tài)可重構電池網絡技術的“梯次利用動力電池規(guī)?；こ虘藐P鍵技術”示范工程項目日均盈利逾10000元。
華電內蒙古能源有限公司相關負責人表示，由于“梯次利用動力電池規(guī)?；こ虘藐P鍵技術”示范工程項目的安全性和經濟性非常好，公司將持續(xù)利用動態(tài)可重構電池網絡技術，擴大在電化學儲能方向的投資。
