项目负责人慈松解释道,在以动态可重构电池网络技术构建的规模化电池储能系统中,电池单元可作为基本控制对象,通过数字能量交换系统实现物理上的程序控制柔性连接,从根本上解决了电池系统“测不准、断不开”的难题,从而实现了电池储能系统的本质安全性和经济性及退役电池梯次利用等行业痛点问题。

项目评审专家及项目负责人慈松(左四)在梯次利用储能电池舱内展开讨论
实现系统级本质安全,促进电池储能系统延寿增效
安全性和经济性是当前储能行业的两大痛点,也是清华大学电机系慈松团队研发的动态可重构电池网络技术体系着重解决的两大问题。
首先,动态可重构电池网络通过百毫秒级电池网络拓扑动态重组和微秒级疑似故障电池的在线自动切除,可以从根本上防止热堆积、热失控的发生,这两大机制实现了电池储能系统级本质安全。
清华大学电机系慈松团队的动态可重构电池网络通过电池单元间的动态重组来实现电热的一体化管控。记者在现场获悉,通过调整电池放电倍率或控制系统功率因子,动态可重构电池网络可采用“N选k”的控制模式,即在每个重构周期内会在N个并联电池单元中选择k个接入系统,未被选中的电池单元不会有电流经过,也就不会产生新的热量。在重构周期结束后,控制器会根据电池单元的状态重新选择新的电池组合接入系统,若某个电池单元接入系统的时间过长,系统则会将该电池单元从系统中断开一段时间,以防止出现局部过热的情况。
根据研究资料,锂电池系统在50~100℃的温度变化过程是对电池单元进行温控处理的关键窗口,这个窗口时间是小时级。依托动态可重构电池网络的技术特性,在运行过程中可以高精度测量相应电池单元的开路电压(OCV),而开路电压(OCV)是唯一能够准确地反映电池真实状态的变量,动态可重构电池网络据此进行故障诊断与处置,实现百毫秒级拓扑重构,微秒级故障精准隔离,开路电压的准确测量能力是避免电池热失控的关键。
其次,动态可重构电池网络通过克服“短板效应”等方式,充分挖掘电池充放电效率和全生命周期利用价值,显著改善电池系统经济性。
传统储能系统具有“短板效应”,即系统的循环寿命取决于系统中性能最差的电池单元;而在动态可重构电池网络中,所有电池单元都能“尽力而为”、物尽其用,系统循环寿命延长至少100%,项目全生命周期的经济性得以大幅改善。动态可重构电池网络可兼容非大厂电池、B品电池、梯次电池、钠离子电池等不同厂家/不同批次/不同规格/不同电化学体系的电池,不仅给予了储能建设商更多选择权,还可有效降低初始投资成本。