中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3月10-13日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十四屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)暨展覽會(huì)（簡稱“CIES”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會(huì)以“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲(chǔ)能新發(fā)展”為主題，針對儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場、國際市場、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的2011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)， 53417位線上注冊嘉賓將參加本屆CIES大會(huì)，儲(chǔ)能網(wǎng)視頻號線上直播11萬人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證、飛輪儲(chǔ)能、液流電池、熔鹽儲(chǔ)熱、壓縮空氣儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
3月11日上午，海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)所所長龐松嶺受邀在雙碳與新型電力系統(tǒng)暨南網(wǎng)儲(chǔ)能與可再生能源專場分享主題報(bào)告，報(bào)告題目為《電動(dòng)汽車移動(dòng)式儲(chǔ)能與電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)探索及應(yīng)用》。以下為報(bào)告主要內(nèi)容：
龐松嶺：尊敬的各位來賓，各位同仁，大家好，我是龐松嶺，來自海南電網(wǎng)電科院，今天和大家分享的報(bào)告是電動(dòng)汽車移動(dòng)式儲(chǔ)能與電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)探索及應(yīng)用。主要包括3部分內(nèi)容，新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池現(xiàn)狀、車網(wǎng)互動(dòng)主要問題和解決措施（從動(dòng)力電池角度談?wù)劊?
雙碳戰(zhàn)略實(shí)施以來，電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，新能源裝機(jī)和電量占比在顯著提升，2010年新能源裝機(jī)占比由3%上升為2022年30%，對電力供電提出更高的要求和挑戰(zhàn)。6月國家能源局發(fā)布新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書，明確三步走的發(fā)展路徑，到2030年電網(wǎng)側(cè)，主力電源仍是煤電，但是占比逐年降低，電網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)形態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大，分布式智能電網(wǎng)支撐作用越發(fā)凸顯，用戶側(cè)電能替代靈活調(diào)節(jié)資源增加。
新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)源端高比例新能源廣泛接入、網(wǎng)端資源安全高效靈活配置、荷端多元負(fù)荷需求充分滿足。
2022年到2030年非化石能源發(fā)電量占比由36%提升至50%，電網(wǎng)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源與調(diào)節(jié)手段受限，呼喚靈活資源參與調(diào)節(jié)。
我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2023年全國汽車保有量達(dá)3.36億輛，我國新能源汽車推廣應(yīng)用成效顯著，2023年新能源汽車保有量已達(dá)到2041萬輛，新注冊登記新能源汽車從2019年120萬輛到2023年743萬輛，呈高速增長趨勢；新車零售端正加速滲透，2016年5%增長到2023年35%。
充電基礎(chǔ)設(shè)施同樣呈現(xiàn)高速增長，截至2023年保有量達(dá)859.6萬臺(tái)，同比增長65%。私人充電樁增速迅猛。
2023年國家發(fā)改委等部門聯(lián)合印發(fā)加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)融合互動(dòng)設(shè)施意見，正式將車網(wǎng)互動(dòng)推進(jìn)工作提到工作日程。分別在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、市場機(jī)制建設(shè)、車網(wǎng)互動(dòng)示范、移動(dòng)式電化學(xué)儲(chǔ)能等方面提出任務(wù)和目標(biāo)。2030年全面實(shí)現(xiàn)有序充電，新能源汽車成為電化學(xué)儲(chǔ)能體系的重要組成部分，力爭為電力系統(tǒng)提供千萬千瓦級的雙向靈活性調(diào)節(jié)能力。
目前應(yīng)用情況
目前市場主流車型（純電動(dòng)）配置50KWH以上電量，標(biāo)稱里程400公里以上。主流電池以三元鋰電和鐵鋰電池，主要技術(shù)參數(shù)電池循環(huán)壽命：2000次~
電池能量密度：300Wh/kg
車載電池容量：50-100kWh
電池系統(tǒng)成本：~1元/Wh
空閑率高，利用率不足，目前電池、充電設(shè)施等有較大空間和時(shí)間基礎(chǔ)參與電網(wǎng)互動(dòng)。
車網(wǎng)互動(dòng)形式主要包括有序充電、雙向充放電。模式上包括市場化運(yùn)營模式和負(fù)荷管理模式中市場化運(yùn)營模式是指規(guī)?；酆想妱?dòng)汽車負(fù)荷資源，參與 電力中長期交易市場（含綠電交易）、現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù) 市場、需求響應(yīng)市場等負(fù)荷管理模式是指為了保障電網(wǎng)和臺(tái)區(qū)供電安全，通過技術(shù)調(diào)控等方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充換電負(fù)荷調(diào)節(jié)和有序用電。
雙向充放電體現(xiàn)在電動(dòng)汽車與分布電源、樓宇等能量流雙向互動(dòng)。目前技術(shù)發(fā)展情況來看，電動(dòng)汽車用戶參與智能有序充電較為積極，參與雙向充放電意愿低，主要擔(dān)心是動(dòng)力電池安全和壽命。
目前車載動(dòng)力電池情況，磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池，相比較三元鋰電能量密度高，提供續(xù)航里程，磷酸鐵鋰安全性較好。
應(yīng)用場景不同，儲(chǔ)能電池和動(dòng)力電池性能有所區(qū)別，用于儲(chǔ)存電能的電池系統(tǒng)關(guān)鍵特點(diǎn)是高容量、長循環(huán)壽命和穩(wěn)定的性能，車載動(dòng)力電池關(guān)注能量密度（空間有限）、功率密度（充放電速率駕駛體驗(yàn)感，）。電池管理系統(tǒng)閾值設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)更注重長壽命及降低故障率，因此工作電流上限值會(huì)設(shè)置的比較低，不讓電芯滿負(fù)荷工作。動(dòng)力電池因此系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)參照電池的極限參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。動(dòng)力電池對SOC計(jì)算能力要求遠(yuǎn)高于儲(chǔ)能BMS。動(dòng)力電池適用分鐘級別調(diào)頻和爬坡電網(wǎng)調(diào)控場景。
電動(dòng)汽車移動(dòng)式儲(chǔ)能參與電網(wǎng)互動(dòng)主要問題，聚焦在電池壽命和安全問題方面。
電池壽命方面提出動(dòng)力電池壽命調(diào)控與健康保養(yǎng)的新手段——電池高頻雙向脈沖控制，過V2G脈沖調(diào)控電池電壓，使得電池SEI生長速率的平均值始終低于存儲(chǔ)期間的副反應(yīng)，延長電池壽命。針對安全問題更為突出，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2023年1~9月至少有232起新能源汽車起火事故，起火事故原因中與動(dòng)力電池相關(guān)占50%以上，火時(shí)車輛為充電狀態(tài)或停置狀態(tài)占60%以上。涉及到如何在電池充放電狀態(tài)，尤其參與車網(wǎng)互動(dòng)頻率增加后電池安全問題。其中電芯混入雜質(zhì)存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)，通過新聞可以了解。
圖片中展示的電芯的剖面結(jié)構(gòu)，通過掃描電鏡可以發(fā)現(xiàn)電芯中雜質(zhì)。電芯混入雜質(zhì)在充放電過程中，會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)移動(dòng)或者發(fā)生溶解增厚電極，刺破隔膜引起短路發(fā)生熱失控。因此建立內(nèi)短路-電化學(xué)模型，模擬了在存在內(nèi)短路情況下的電池電壓、SOC、最高溫度的變化。
考慮電池內(nèi)部副反應(yīng)，建立了電池?zé)崾Э啬Ｐ?，模擬了熱失控演變過程中的電池內(nèi)部副反應(yīng)產(chǎn)熱量，4中副反應(yīng)產(chǎn)生熱量，引起電池溫度變化。時(shí)間非常短暫，引起電芯溫度瞬時(shí)升高。
由于動(dòng)力電池短路（內(nèi)短路和外短路）將導(dǎo)致電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)的顯著上升，所以電池短路電阻與電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)緊密相關(guān)，也就是短路電阻越小，通過短路點(diǎn)的電流越大，產(chǎn)生的焦耳熱越高，從而電池溫升更高，熱失控風(fēng)險(xiǎn)越大；所以基于電池充放電數(shù)據(jù)辨識(shí)得到電池短路阻值是電池安全性評估的第一步。
通過在實(shí)驗(yàn)中制造了10個(gè)電池和2個(gè)短路電池（電池5與電池10），測試得到多種工況下的充放電電流曲線，并通過建立的模型與參數(shù)辨識(shí)方法可辨識(shí)得到電池5的短路電阻（100Ω左右）與電池10的短路電阻（25Ω左右）遠(yuǎn)低于其余正常電池（400Ω以上），這說明了此模型和參數(shù)辨識(shí)可以檢測出異常短路電池。
如果電池存在短路情況，部分電流將通過短路處進(jìn)行流通，從而導(dǎo)致自放電，所以電池在充放電過程中的SOC將較正常值異常下降，所以也可通過辨識(shí)ΔSOC的值來檢測短路情況，檢測結(jié)果表明短路電池5的SOC差值和短路電池10的差值可較好地跟隨真實(shí)值變化。（辨識(shí)電阻，計(jì)算SOC，電阻對應(yīng)副反應(yīng)及引起熱量變化和溫度變化，引起電池?zé)崾Э兀?
通過建立高精度電化學(xué)模型，從電池化學(xué)機(jī)理方面反映電池狀態(tài)，以便更準(zhǔn)確更及時(shí)的進(jìn)行熱失控預(yù)警?；趕imulink搭建模型辨識(shí)結(jié)果平均誤差小于12mv。
首先在熱失控特征參數(shù)集的構(gòu)建方面，我們根據(jù)機(jī)理分析確定了影響熱失控觸發(fā)的原因，比如電極粒子開裂，過度金屬溶解等，基于這些觸發(fā)原因，通過電化學(xué)模型我們獲取到了電池底層的特征參數(shù)，完成了從熱失控觸發(fā)原因到熱失控參數(shù)的映射。經(jīng)過進(jìn)一步的相關(guān)性排序，我們最終確定了與熱失控強(qiáng)相關(guān)的參數(shù)，有負(fù)極電極孔隙率 正極固相擴(kuò)散系數(shù) 負(fù)極固相最大鋰離子濃度，液相擴(kuò)散系數(shù)。
根據(jù)之前分析過的三元電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了電化學(xué)參數(shù)辨識(shí)，模擬需求場景即只能獲得最高最低電芯的電壓信息（只知道最高最低電壓），可以看出，即使在低頻率采樣率和初值偏差的前提下，仍然能看出一部分的電化學(xué)參數(shù)不一致性，即綠色曲線表現(xiàn)異常，需要進(jìn)行檢查。另外即使電化學(xué)參數(shù)辨識(shí)存在浮動(dòng)，但是可以提取出一部分的均值變化，通過將一個(gè)完整充電過程信息分段，可以看到在高SOC時(shí)的電化學(xué)參數(shù)變化，對應(yīng)著熱失控風(fēng)險(xiǎn)提升，當(dāng)出現(xiàn)如下明顯的參數(shù)變化時(shí)，需要進(jìn)行檢查。已知故障車數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型對于異常電芯的篩選能力，對特征量進(jìn)行綜合評分，可以篩選處故障電芯。
對電池電壓外特性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)電池電壓信息在整體趨勢上會(huì)較為接近，但是通過相似性分析可以獲得額外的差異信息，即熱失控電池在發(fā)生熱失控前會(huì)存在Z分?jǐn)?shù)值離群現(xiàn)象（相比正常電池），對應(yīng)電池?zé)崾Э匕l(fā)生的早期階段出現(xiàn)的化學(xué)性能不穩(wěn)定。右圖出現(xiàn)的三個(gè)明顯離群的電芯表示了電池包已經(jīng)存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，需要檢查。對評估后的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)加權(quán)可以提高風(fēng)險(xiǎn)評估的準(zhǔn)確率。
鐵鋰和三元模型有差距，三元模型無法反應(yīng)鐵鋰特性進(jìn)行重新建模。并做了關(guān)于溫度（環(huán)境溫度）對SOC變化的影響，鐵鋰電池模型中的特有的電壓平臺(tái)特性進(jìn)行研究，并針對海南特殊的高氣溫使用工況進(jìn)行了模型驗(yàn)證。
2040年中國電動(dòng)汽車保有量達(dá)3億輛，車載儲(chǔ)能容量將超過200億千瓦時(shí)，可調(diào)節(jié)容量80億千瓦時(shí)，電網(wǎng)短時(shí)需求達(dá)到50億千瓦時(shí)，固定儲(chǔ)能站遠(yuǎn)不能滿足要求。因此電動(dòng)汽車可調(diào)節(jié)資源是未來滿足電網(wǎng)安全重要補(bǔ)充部分。
