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在鋰電池成為手機(jī)電池的常見選擇時(shí)，曾經(jīng)有很多人擔(dān)心鋰電池也像鎳鎘電池一樣會(huì)有記憶效應(yīng)，如果不充滿電，就會(huì)在電池內(nèi)留下痕跡，導(dǎo)致降低電池容量。直到后來才被科普了鋰電池電量保持在20%-90%更合適。

鋰電池雖然沒有“記憶效應(yīng)”的束縛，但是當(dāng)眾多電池包放在一起的時(shí)候，也有容量苦惱，這種苦惱來自于“短板效應(yīng)”。

在黑科技視頻欄目《比特與瓦特》最新一期中，華為數(shù)字能源高級(jí)專家佘宏武博士將重點(diǎn)介紹什么是儲(chǔ)能電池的短板效應(yīng)？同時(shí)，將分享華為數(shù)字能源應(yīng)對(duì)短板效應(yīng)的解決方案。正是這一解決方案完美支撐了華為在沙特“紅海新城”1.3GWh微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，讓這一全球最大微網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目能夠?yàn)榻偃f人口的整座城市提供源源不斷的電能。

短板效應(yīng)來自于電池的不一致性

通常所說“短板效應(yīng)”也即“木桶效應(yīng)”：一只由木板箍起來的木桶，當(dāng)木板的長度不一致時(shí)，顯然最短的木板的長度決定了這只木桶的容量。儲(chǔ)能電站也有類似的困擾。

儲(chǔ)能電站是由成百上千個(gè)單體電池組成，這些電池通過排列集成模組，經(jīng)連接構(gòu)成電池簇，多個(gè)電池簇與變流器等設(shè)備組成一個(gè)個(gè)電池艙，也就是我們常?？匆姷?ldquo;大柜子”。

是不是只要儲(chǔ)能電池越多，儲(chǔ)能電站的規(guī)模和實(shí)際容量就越大呢？答案卻是，不一定。正是因?yàn)殡姵囟啵蚋鞣N原因電池容量降低的概率也會(huì)增加，同時(shí)帶來儲(chǔ)能電站容量衰減。

其中一個(gè)容量衰減的原因是由單體電池的不一致性造成的。佘宏武說：“鋰離子電池通過串聯(lián)與并聯(lián)組成電池包、電池簇以及儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是鋰離子電池的不一致性容易造成串并聯(lián)失配，從而帶來影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的可用容量。”

即使是出廠時(shí)一致性非常好的電池，在儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)用中，由于具體環(huán)境不同，電池也很難保持高度的一致性。在這其中“溫度”是一個(gè)重要的誘因。儲(chǔ)能電池對(duì)溫度特別敏感，盡管各種儲(chǔ)能系統(tǒng)中都配置了熱管控環(huán)節(jié)，但如果管理不善，將導(dǎo)致各電池衰減的不一致，這種不一致性帶來的串并聯(lián)失配就可能使得系統(tǒng)容量因此出現(xiàn)指數(shù)級(jí)的衰減。電站規(guī)模越大，出現(xiàn)串并聯(lián)失配的概率也就增加，并進(jìn)而影響電池壽命和電站總?cè)萘俊?br />
傳統(tǒng)儲(chǔ)能電站容量衰減，除了電池不一致性所帶來的串并聯(lián)失配，還有一項(xiàng)是根源于傳統(tǒng)集中式的技術(shù)特點(diǎn)——“集中工作”模式。當(dāng)電池包被簡單串聯(lián)成一個(gè)電池簇后，電流強(qiáng)制相等，當(dāng)任何一個(gè)電池包充滿或放完時(shí)，整個(gè)電池簇將停止充電或放電，這就是電池串聯(lián)失配的影響。同理，當(dāng)多個(gè)電池簇簡單并聯(lián)后，各電池簇電壓被強(qiáng)制拉齊。充電時(shí)，只要有一個(gè)電池簇充滿，并聯(lián)的全部電池簇都要停止充電。當(dāng)放電時(shí)，只要有一個(gè)電池單體已經(jīng)放空，那么并聯(lián)的其他電池簇都要停止放電。

佘宏武說：“這就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的可用容量由容量最小的電池包決定。”短板效應(yīng)由此產(chǎn)生：系統(tǒng)的容量取決于更小容量的電池的堆疊，整體壽命也取決于壽命最短的電池。

串并聯(lián)失配所帶來的容量失配問題非常嚴(yán)重，一些已經(jīng)投運(yùn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)首年容量損失就超過15%，實(shí)際放電量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)容量。

華為黑科技：

讓紅海新城1.3GWh儲(chǔ)能系統(tǒng)更高效

紅海新城1.3GWh儲(chǔ)能系統(tǒng)有多少電池呢？國際能源網(wǎng)查閱資料得知，紅海新城儲(chǔ)能系統(tǒng)使用的是華為智能組串式儲(chǔ)能解決方案，這一方案使用20尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，額定容量2064千瓦時(shí)，2064千瓦時(shí)分解成六個(gè)電池簇，每個(gè)電池簇再繼續(xù)分成21個(gè)電池包。依此計(jì)算，紅海新城這一儲(chǔ)能系統(tǒng)有近8萬只電池。

要同時(shí)控制近8萬只電池都能充分發(fā)揮作用，充分發(fā)揮電芯性能，并保障系統(tǒng)安全，這就需要華為獨(dú)特的黑科技上場了。

華為智能組串式儲(chǔ)能解決方案首先從結(jié)構(gòu)上入手，提出了與傳統(tǒng)方案不同的處理方式：采用模塊化設(shè)計(jì)，單電池包如果發(fā)生故障，不影響其它電池包的使用；單電池簇故障，也不影響其它電池簇的使用。這些措施使得儲(chǔ)能電池可用度達(dá)到99.99%。

其次從科技創(chuàng)新角度入手，靠兩項(xiàng)黑科技來解決儲(chǔ)能電池的短板效應(yīng)。這兩項(xiàng)黑科技，一是華為獨(dú)特的算法，二是華為專門研發(fā)的電池簇控制器和電池包優(yōu)化器。

通過“算法”對(duì)電池包的可視化監(jiān)控，精準(zhǔn)捕捉異常電池。

電池包優(yōu)化器的作用原理是，在發(fā)現(xiàn)故障異常后單獨(dú)隔離，這樣一來，單個(gè)電池包充滿電或者放完電后，不會(huì)影響其他電池包繼續(xù)充放電。佘宏武說：“華為通過電池包優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)電池模級(jí)組管理，減小電池串聯(lián)失配的影響。”

每一簇都有控制器，每一包都有優(yōu)化器，這是紅海新城1.3GWh儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定供電的技術(shù)根基。實(shí)踐證明，這樣的供電方式不僅能夠保證穩(wěn)定供電，而且還能有效提升充放電量達(dá)6%。

在此基礎(chǔ)上，把每一個(gè)電池簇接入智能電池簇控制器中，電池管理系統(tǒng)可以通過智能控制器單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)電池簇的工作電壓，讓充放電電流保持一致，從根本上避免了偏流的產(chǎn)生。通過單獨(dú)管理，充放電量又可以提升7個(gè)百分點(diǎn)。

針對(duì)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)影響非常大的“散熱”問題，華為采用了分布式的散熱架構(gòu)。每個(gè)電池簇獨(dú)立配置工業(yè)空調(diào)，這樣就可以有效規(guī)避集裝箱散熱效果的差異，盡量避免因?yàn)闇囟榷a(chǎn)生的一致性差異，從而為減少串并聯(lián)失配再打下一方基石。

總結(jié)起來，華為這一科技的特點(diǎn)就是“一包一優(yōu)化、一簇一管理、分散式散熱”。據(jù)華為實(shí)測統(tǒng)計(jì)，使用智能組串式儲(chǔ)能解決方案，單個(gè)電池包出現(xiàn)問題，影響大概只有16千瓦時(shí)，其它電池包完全不受影響。疊加智能內(nèi)短路檢測，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)安全到主動(dòng)安全，儲(chǔ)能系統(tǒng)成本將降低約10%。

有算法和電池包優(yōu)化器兩大神器在手，故障電池隱藏再好，也無處遁形。更重要的是，這種分散式、模塊化的解決方案相當(dāng)于拆“大桶”為獨(dú)立的“小桶”，然后在“桶”內(nèi)各自補(bǔ)短板，最大限度優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，不僅解決了短板效應(yīng)，還為儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量和壽命提供了保障。

正是在解決了電池問題的基礎(chǔ)上，巨型充電寶——華為為紅海新城打造的1.3GWh儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在紅海岸邊為紅海新城居民提供穩(wěn)定供電，幫助沙特穩(wěn)穩(wěn)借助紅海新城這“潑天富貴”。 

原標(biāo)題：華為又一黑科技！助力全球最大微網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目！