基于电池网络的大规模分布式储能系统

近日，由国家能源局指导，中关村储能产业技术联盟(CNESA)与杜塞尔多夫展览(上海)有限公司共同主办的“储能国际峰会2015”在北京召开。在储能技术分论坛上，美国内布拉斯加林肯大学慈松教授发表题为《基于电池网络的大规模分布式储能系统》的演讲，以下为演讲内容。

美国内布拉斯加林肯大学慈松教授：

我们之所以发展储能，是因为发电曲线和用电曲线不匹配，储能的作用就是要把这两条曲线拉直成一条直线。

储能技术层出不穷，但没有哪种技术是可以在各种场景下都可以使用的，只要能解决实际问题的都是好技术。

根据美国能源部相关定义，锂电池储能技术的最大的优势在于动态技术非常快，在100微秒的时候就可以做出响应，效率非常高，是一种可以移动部署的电池储能技术。截止到2013年底，美国大概部署了15个兆瓦级的锂电池储能项目。

今天我们重点探讨电池的应用问题。电池本身是一个能循环几千次，使用十几年的装置，在市场销售中类似于桶装水，桶是一次性交费，水是用多少交多少费用，电池也是如此。

任何一个大容量电池都是用小容量堆积起来的，不论是锂电池、铅电池、镍氢电池，都必须先做成电池组，我们打开笔记本电池后会发现里面的也是由多个电池组成的。现在，中国做BMS电池管理系统的企业有100多家。我们认为在电池管理系统中还存在一些问题，比如在一些设计中，第一个电池放不出电的时候才会让第二个电池放电，或者是6个电池中只要有3个好的也可以用。但这样的设计降低电池组的系统效率、可靠性，在安全回收、环保再利用等方面存在问题。因为，任意两节电池都不会完全一样，电池发明至今已经有150多年的历史，但电池在刚性组织管理下的结构从来没有改变过。

锂电池的差异性比较大，我们从2006年开始做相关研究，发现垂直简单集成的方法不能解决锂电池的非线性差异性。另外，在能量密度方面，锂电池的提高速度也比较慢，大概提高一倍能量密度用了12年的时间。在有效的系统构架下，做好单体电池比做好应用系统更重要，否则使用锂电池还不如铅电池。

电池是化学能和电能转换的装置，这里的化学反应是非线性的，从系统参数上会显示的淋漓尽致。在使用电池的时候，放在电动汽车里的电池会呈现出不同管控模式。在一个有6个电芯的电池组中，如果有2个坏了，我们是否可以重构一下，只将电池组中的部分电池换掉，解决管控问题?我们是否可以让新电池与旧电池放在一起使用?是否可以让锂电池和铅电池放在一起使用?这就是现在讲的能源互联网概念，就是构建一个平等的接入方式，能力强的出力多一点，弱的就出力少一点。在这方面我们的一个解决办法是计算机分布式构架，在系统中，整个结构可以在毫秒级进行重构，电池单体可以在纳秒级关断一次，这也就是能量和信息如何融合的问题。

特斯拉汽车中有7000多节18650电池，这些电池被焊接在一起。我们在单体管控水平上已经超越了特斯拉，我们做的研究相当于给电池加了神经网络，可以管控到每一节电池。

2010年时，我们做了一个大规模分布式电池储能项目。在我看来，构建一个大规模储能系统，本身并不难。其难点在于将通信、计算和控制这三者和物理系统能量之间，形成控制和持续融合，这也就是工业4.0的核心问题。我们的系统做了管控能量的计算机、做了CPU和主板，将电池放在上面，这样做下来，我们将能量信息化和互联网管控能力结合到了一起。

在二手车销售市场中，一辆二手车能够卖出去是因为有大量的使用信息在后面做支撑。我们做电网储能，也需要有数据中心，做好电池的能量管控。

我们对能源互联网发展的愿景是，如果用户数越多，系统的效率可靠性就越高，最终我们会变成电池能量运营商，支撑电网能量平衡，与运营商脱离关系，形成C2C模式。我们的目标是要将电池组的寿命做到跟单体电池一样，而且可以做到互换。

我们在能源互联网、数据中心的UPS储能、移动电源、通信基站效率等方面都做了研究，希望能够通过互联网管控到每一节电池的充放电情况。

在能源互联网电动车项目中，我们也彻底颠覆了“电动车要配充电桩”的概念，因为车是自由的，充电桩是固定的，我们不能让把电动车束缚在有限的充电桩网络中。我们要做可替换电池的电动车，但在此背后也存在能量信息化。针对这个项目我们总结了12个字：车电分离、电池配送、能量运营。这就是我要讲的内容，谢谢大家!