电池一致性有多重要？解读《新兴储能项目管理规范（征求意见稿）》

日前，国家能源局发布了关于公开征求《新型储能项目管理规范（暂行）（征求意见稿）》意见。我们注意到，在这次征求意见稿中特别强调了一点：在电池一致性管理技术取得关键突破、动力电池性能监测与评价体系健全前，原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目。

为何意见稿中特别提到电池一致性？

储能电池的不一致性主要是指电池容量、内阻、温度等参数的不一致。我们日常的经验是，两节干电池正负连接，手电筒就会发光，不会考虑一致性的事情。而电池一旦在储能系统中大规模应用时，情形并非如此简单。具有不一致性的电池串并联在一起使用，会出现如下问题：

1）可用容量损失

储能系统中，电芯（即电池单体）串联构成电池包，电池包串联构成电池簇，多个电池簇直接并联接入同一直流母排。电芯不一致性导致可用容量损失的原因包括串联不一致性和并联不一致性；

· 电池包串联不一致性损失：

电池包间由于电芯本身差异、温度差异等不一致性会造成每个电池包的SOC（剩余电量）不同，只要有一个电池包充满/放空，该簇中全部电池包都将停止充放电。

图1 电池不一致性造成串联容量失配

· 电池簇并联不一致性损失：

电池包直接并联成电池簇后，各电池簇电压被强制平衡，当内阻较小的电池簇电量充满或放光后，其他电池簇必须停止充放，造成电池簇间充不满、放不尽。

图2 多电池簇并联放电过程中的电流差异

此外，由于电池内阻较小，因不一致性造成的各簇电压差异即使仅有几伏，簇间不均流就会很大，如下表中某电站实测数据所示，充电电流差异达到75A（与理论平均值相比偏差达42%），偏差电流会导致部分电池簇出现过冲过放现象；极大影响充放电效率、电池寿命以及甚至导致严重安全事故。

表1 某电站实测数据

2）储能系统寿命缩短

温度是影响储能寿命的最关键因素，当储能系统内部温度提升15℃时，储能寿命会缩短一半以上。锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量，由于单体电池内阻不一致，会造成储能系统内部温度分布不均衡，电池老化衰减速率加剧，最终导致储能系统寿命缩短。

由此可见，储能系统中电池的温度不一致性是影响储能系统性能的重要因素，它会降低储能系统的可用容量，并缩短储能系统的循环寿命，甚至造成安全隐患。

如何应对储能电池不一致性？

电芯的不一致性，都是在生产过程中形成，在使用过程中加深的。同一个电池包内的电芯，弱者恒弱，且加速变弱。然而，虽然没有完全一致的电芯，但是可以将数字技术、电力电子技术与储能技术融合，用电力电子技术的可控性将锂电池不一致性的影响降至最低。针对前文分析的不一致性所带来的问题，目前市场上有一些厂家推出了组串式储能系统，具有精细化能量管理和分布式温度控制的特点，可以对症下药：

1）精细化管理，提升可用容量

相比于传统一个PCS管理1000-2000个以上电芯，组串式储能系统将电芯管理精度提高到十几个，精度提升约100倍。针对电池包间的串联失配，通过优化器设计，实现每个电池包的单独充放电管理。当一个电池包达到设定阈值时，该电池包被旁路，其他电池包可继续充放电，互不影响，最大化利用电池容量。

同时，每个电池簇配有智能簇控制器，避免直接并联带来的电池不一致性影响，使得每簇的充放电电流得到精准控制，误差做到1%以内。从而规避了簇间并联失配，真正实现了电池簇间独立充放管理，杜绝了环流的产生，进一步提升了系统的容量和安全。

2）分布式温控，延长储能系统寿命

传统储能集装箱内配置1-2个集中式空调，采用纵向风道进行散热，风道长度长达约6米-12米，由于散热通道太长，无法保障每个电池包和电池簇的温度一致性。

图3 传统集中式散热结构图

组串式储能采用簇级分布式散热，用分布式空调代替集中式空调，每个电池簇可独立均匀散热，风道长度小于1米，极大的提升了散热效率，规避物理位置带来的温度差异。同时，电池包内巧妙的通过树形仿生专利散热风道，通过调节各电芯风道长度及距离，让每个电芯经过的冷量尽可能一致，降低各电芯每个面的温度不一致性。

图4 分布式散热结构图

电池不一致性是当前储能系统很多问题的根源，然而由于电池的化学特征以及应用环境的影响，电池的不一致性很难根除。组串式储能系统通过电力电子和数字化技术的可控性，极大的弱化了系统对电池一致性的要求，可大幅提升储能系统可用容量，以及提高系统安全性。