锂电池储能系统技术的研发方向

在储能市场逐渐秩序化的基础上，技术的占比将越来越大。目前价格基本上都是透明的，差别也只是在体量上引起的价位差别。在评标中技术占比也将越来越大。目前源网侧和用户侧储能主导还是锂离子电池，技术的关注点也针对于此，针对技术方面的研究主要应当针对客户关注的焦点，除了收益外，不外乎投入成本和安全性。

1.储能系统的寿命

系统使用寿命越长，给用户收益的时间越长

储能系统的寿命主要取决于电芯的寿命和系统的设计。从储能电芯来说，每个厂家差别不大，目前储能电芯的普遍寿命在6000次左右，有些电芯承诺到10000次以上，也都是预测，10000次寿命测试下来要5、6年时间。在电池材料没有发生质的变化下，不同厂家电芯寿命差别不会太大，差别在于电芯的一致性和质量的稳定性方面。

另一方面，要考虑系统的寿命。储能系统的使用环境相对较好，SOC的判定也相对容易，不容易出现过充过放现象。影响系统寿命最大的因素就是温度，一是要保证工作温度在最佳范围之内（15-35℃），二是要保证整体温度的一致性，温度差异要小，使大家衰减一致。目前集装箱储能系统采用液冷的情况较多，通常可以保证PACK内温差不超过5℃，但整体系统由于各包所处流道环境不同，可能或有较大差异，要控制所有电池温差在5℃之内。风冷系统温差相对较大，尤其在几百度电的工商业储能柜中，不仅受电池包内风道设计的影响，还有空调的进出风对不同位置电池包的影响、周围发热部件（如PCS）对电池包温度的影响，保证电池温差低于5℃需要进行详细的仿真分析以及试验验证、调整。

全浸没式系统较容易保证温度的一致性，包括电芯内部温度的一致性，但成本问题、安全及可能得泄露问题都是要解决的重点。

2.低成本技术

成本是制造业永恒的话题。

电芯的低成本在体系及材料没有变化之前，主要在提升电芯的能量密度，或者制造更大容量的电芯。电芯容量由280Ah提升到314Ah，再有500Ah以上电芯容量的出现，也都是降低电芯生产成本的一种体现。

电芯容量提高，对于系统来说，其它部件不变情况下，系统的Wh成本下降。原来20呎集装箱采用280电芯容量做到3.8MWh，内部装到12簇电池组，采用314Ah电芯，装到12簇，容量可以做到5MWh，直流侧单位成本可以降低10%。也有许多将52S电池包转为采用104S电池包，降低部件成本。

提高系统能量效率也是一个重要的降低成本的方法，但因为这一块在设备成本上体现不出来，还有可能使设备成本上升，对于客户来说，这些在设备运营后才能体现出来，初期价格竞争上的优势体现不出来。但对于投资方来说，应当重视这一点，效率提高直接带来效益的提升，收益也是长期的。

系统综合成本的降低，尤其是运营、维护成本的降低也是一个重要方向并且容易出效益的地方。

3.稳定的微电网系统

对于微电网系统，国内外需求均比较大，有离网需求的，有并离网需求的。参与的能源也比较多，光伏、风电、电池储能、公共电网、柴电以及多种类型的负荷等。本人对PCS等技术不太了解，但在应用中发现许多问题，例如，对于光储一体来说，目前还没有较大功率的光储一体机设备，目前出现最大的光储一体机也就60KW左右，其它都是按照项目需求进行匹配，在匹配方式和管理策略等方面还存在许多问题，无法形成标准化产品。在并离网切换方面，目前适应的也就在500KW以下，能够做到无缝切换，再高的产品目前也没有。适应并离网快速切换的PCS、降低对电网质量的影响等均是研究主要内容。微电网的运行控制、微电网的保护、电能质量问题以及微电网体系的技术标准和规范，均是研究的主要内容和方向。

4.综合能源管理

主要是EMS系统的内容。随着客户对合理利用能源带来收益的认可，对厂区、园区、社区等综合能源管理、提升能源利用效率带来综合收益的期望也会越来越大，需求会逐渐提升，EMS管理内容、能源调配策略等的范围也会越来越宽，可融入的其它管理系统、服务系统也会越来越多。拓宽能源管理系统的管理范围，制定综合能源管理策略，给用户带来能源管理的便捷和效益，是EMS技术发展的重要方向之一。

5.安全性能

储能系统的安全一直是关注的焦点。作为能量体来说，本身就具有不稳定性，从研究方面来说，一是提高本质安全性，如抽水蓄能相对安全。对锂离子电池来说，采用固态电池、钠离子电池等相对安全性会较好。二是提前预警，以做好防范，降低损失；三是出现火情后如何能做到不扩散，尽快灭火。除了电芯外，安全问题研究主要集中在后面两点

（1）安全预警系统：

安全预警的目的是在事故发生前提前预判，预判时间越早、预判准确率越高越好。采用的方法基本上是根据电池出现故障早期或出现故障过程中发生的先后现象、电池在性能和外在特征上发生的变化来进行判断。

例如，电池热失控的过程，首先是电芯温度发生急剧变化，电芯内部压力升高，安全阀打开，可燃粒子释放出来。BMS或EMS检测到的数据与发生顺序可能也会不一致，电芯温度发生突变是在内部，传递到温度检测点需要一定时间，此时可能安全阀已经打开。通过对温度突变的检测和判断，以及快速的可燃粒子探测，可以在安全阀打开后数秒内实现告警，超前于冒烟着火阶段。也可以预防电气设备(包括材料、电缆、接头)过热及放电等安全隐患的在线监测、诊断及预警，有效预防储能电站的运行安全及火灾风险。

根据电池性能随着循环寿命的增加而逐渐发生的变化，以及对电芯发生热失控时的各个发展阶段展现出来的内在及外在特征，来进行判断，是大多数安全预警在研发的内容。例如，热失控开始前期，电芯的电压突变、温度突变、内部压力突变；正常情况下，随着电芯循环寿命的增加，直流内阻的变化、电芯内部膨胀压力的变化等等，都可以分析作为前期安全预警的判断手段。

（2）有效的灭火系统

储能电池能量大，能量集中，目前还没有有效的灭火方法。电池热失控是从电池内部产生的，而且电池内务物质的分解、会发，本身就有易燃物质和助燃物质，外部灭火物质进入不到电芯内部，阻止不了内部的变化，使得会不断复燃，直至电池全部烧毁。

将电池热失控产生的火灾完全扑灭的难度比较大，在做电池包试验时，遇到电池包冒烟起火，通常是将电池包直接推到大水池中，或者用大量沙土掩埋，再不断浇水。储能应用好在是固定应用，如果有一些比较好的灭火方式可以预先准备，如砂石掩埋、大量水灌等。这是在出现热失控时考虑的方法和要研究的内容。

主要的研究方向目前集中在热失控扩散的阻断方面，如何将热失控局限在单个电芯、单个模组或单个包内，这是一个重要的研究内容。电芯内部发生热失控如何来阻断，避免其蔓延，或者如何将其阻断在单个电池包内，总归能想到合适的办法。

安全预警和有效灭火通常不是采用一种方法或手段就能解决的，需要多种方法结合，如热阻断与有效灭火的结合。

技术上，对于储能系统的性能和寿命，除非电芯有质的差别，各个厂家不会有大的差别，EMS等的管理也不会差别太大。在安全性能上有亮点，是占据储能高地的重要手段.