储能系统的关键技术优化

1.储能电池的大容量化技术

储能标准电池模块是组成大规模储能系统的基本单元，标准电池模块的使用寿命直接决定了储能系统的使用寿命。提高模块使用寿命的关键在于电池动态一致性问题，涉及电池及电池组一致性影响因素的机理、电池动态均衡的判据方法、电池组的管理及保护技术、储能标准电池模块的设计、模块的集成技术以及电池模块的特性检测技术等关键技术。

（1）储能电池及电池组一致性影响因素的机理

储能电池及电池组内阻和容量受温度、电流倍率、充放深度以及循环周次等因素影响，分析各因素对电池一致性的影响水平，可以为得出电池模块可用功率预测和能量控制方法，以及电池组实际运行控制策略提供依据。

（2）储能电池动态均衡策略

均衡是电池管理技术的关键性技术，是防止并纠正电池一致性差异的主要技术手段，在电池成组的使用寿命指标上有决定性的作用。其主要包括被动式均衡和主动式均衡。被动式均衡主要利用旁路电阻在电池单体出现过充时对电池充电电流进行旁路，但存在均衡电流小，热耗散大的问题。而主动式均衡其工作原理与被动式均衡有本质区别，其主要机理是在电池间进行能量搬移来完成电池均衡充放电。由于没有热耗散问题，所以系统的均衡电流可以比较大。

（3）储能电池组的管理及保护系统

电池组热管理技术是储能电池组管理保护技术领域的核心内容，电池间温度场均匀度差是导致电池衰减出现离散差异的主要原因。可采用绝热量热仪对锂离子单体电池在各种应用情况下的比热、放热量和放热功率进行测量，基于数值模拟，对电池及电池组模型进行求解，进而对电池组进行模拟工况实验，并根据测试结果对电池箱及温度控制系统设计进行优化，实现电池模块的安全防护。

（4）储能标准电池模块

储能标准电池模块的核心在于单体电池的串并联组合方式，涉及电池之间连接件的材料、结构、连接方式、连接处的接触电阻等因素。基于改善的电池连接工艺，可降低接触电阻，实现标准储能电池模块。

（5）基于标准电池模块的电池系统规模化集成技术

在标准电池模块研究开发的基础上，对标准电池模块进行串并联，通过分析模块串联支路间的并联对电池性能的影响，以及电池系统内各个模块的电流不一致和容量不均衡的分布规律，可得出大容量储能单元内电池系统的运行和维护方法。

（6）储能电池模块及系统的特性检测技术

储能电池模块的特性检测技术，主要包括模块的容量、功率、效率、安全性、寿命特性、动态工况性能、温度特性等方面的性能检测。

2.电池储能系统规模化集成技术

电池储能系统规模化集成技术主要包括储能变流器与电池系统匹配技术、标准化储能单元的研制、大容量储能规模化集成设计、储能系统冗余及扩容方法、大容量储能系统的监控及保护平台和储能装置的特性检测技术等关键技术。

（1）储能变流器与电池系统匹配技术(www.xing528.com)

大容量储能单元的系统拓扑结构大致可分为单级变流器拓扑结构、两级变流器拓扑结构（集中DC/DC变流器）、两级变流器拓扑结构（分散DC/DC变流器）。从几种拓扑结构对比来看，采用单级变流器以及分散DC/DC变流器的两级变流器这两种拓扑结构有各自的优势和特点。因此，应根据实际需求，得出兼顾可靠性、效率和成本的变流器与储能电池模块匹配技术方案。

（2）标准化储能单元的研制

标准化储能单元的研制需要开发储能单元综合监控系统，建立多级电池管理系统的软硬件控制构架，在标准化、模块化、可扩展的前提下，实现储能单元内各标准电池模块、监控保护装置的检测与控制。其基本构架如图4-2所示。

电池管理单元负责管理多个串联电池单元。电池簇管理系统负责管理一个串联回路中的全部电池管理单元，同时检测本串联回路的电流，在必要时采取保护措施，同时上报本簇电池的全部信息到电池阵列管理系统。电池阵列管理系统负责管理一个储能单元双向变流器下的全部电池簇管理系统，负责与变流器和后台监控系统通信，根据电池状态调整电池系统充放电功率。

图4-2 储能单元综合监控系统构架

（3）大容量储能系统集成设计

储能系统规模化集成设计涉及多储能单元同步控制技术、储能电站故障检测、储能单元标准化接口等储能系统集成关键技术。

（4）储能系统冗余及扩容方法

基于电池系统成本、可靠性及电池系统投资回报率，储能系统冗余及扩容方法主要包括分析储能单元电池系统使用全寿命范围内总处理能量与充放电区间的关系、储能单元的充放电使用工况对电池系统寿命的影响规律、储能系统合理的冗余热备容量设计方法、大容量储能单元电池系统容量和总处理能量的优化组合。

（5）大容量储能系统的监控和保护平台

大容量储能系统的监控和保护平台主要包括储能单元与储能电站监控管理系统间的高速通信方法、规约、标准，监控系统控制策略，以及储能系统保护策略。监控系统控制策略基于储能系统峰谷调节算法，储能系统保护策略基于能量流动状况和系统的功率平衡。保护平台的示意图如图4-3所示。

图4-3 监控和保护平台示意图

（6）储能装置的特性检测技术

储能系统作为一项新的技术，其应用和推广离不开技术规范和性能检测技术的支撑。主要包括电网接入系统技术标准和产品规范、储能单元关键部件（储能电池、电池模块、电池单元、储能单元综合监控系统、双向变流器）技术规范和试验测试标准、储能单元的技术规范和检测标准等。