【導讀】前不久，國務(wù)院印發(fā)的《2030 年前碳達峰行動(dòng)方案》指出，到2025年新型儲能裝機容量達到3000萬(wàn)千瓦以上。而國家發(fā)改委和國家能源局稍早前發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)》也明確了儲能發(fā)展目標：新型儲能裝機規模從2020年底的3.27GW增長(cháng)至2025年的30GW，五年間年均復合增長(cháng)率約55.8%。種種政策和產(chǎn)業(yè)風(fēng)向都表明，國內新型儲能建設正在高速增長(cháng)的“美好時(shí)代”。
市調數據顯示，2020年全球儲能裝機仍創(chuàng )新高，新增裝機達5.3GW/10.7GWh，其中中國和美國新增裝機都超過(guò)1GW。儲能正在成為實(shí)現“碳達峰”、“碳中和”目標的重要抓手，也是穩定電力系統的重要手段，是實(shí)現并保障高比例可再生能源的新型電力系統運行的強力支撐。對此，ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場(chǎng)經(jīng)理王星煒表示：“無(wú)論是分布式光儲配套還是集中式可再生能源儲能協(xié)同，儲能與可再生能源的結合是我國乃至全球低碳化發(fā)展的必然趨勢?！?nbsp;
“風(fēng)光儲能”、“充電站儲能”……，多應用場(chǎng)景成熟助推儲能落地
新能源與清潔能源使得能源的產(chǎn)生、存儲、輸送、利用這一系列過(guò)程發(fā)生了巨大變革，帶動(dòng)新型智能化輸配電與儲能技術(shù)的發(fā)展，以提供安全、可靠、綠色、高效能源動(dòng)力保障。在此過(guò)程中，電力儲能經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展已經(jīng)從實(shí)驗室迅速走向規模商業(yè)化。
儲能在新能源、汽車(chē)充電、工業(yè)以及生活場(chǎng)景中的應用模式越來(lái)越清晰化
儲能在新能源電網(wǎng)側和應用側都扮演著(zhù)重要的角色。由于新能源并網(wǎng)必然導致電網(wǎng)穩定度受到影響，例如風(fēng)能的季節性，太陽(yáng)能日出日落的周期性……為了把新能源更好的用起來(lái)，必須克服它的波動(dòng)性，而儲能系統可以實(shí)現平衡。業(yè)界有說(shuō)法認為新能源達到15%以上就會(huì )對電網(wǎng)穩定性影響很大了，而30%可能就是一個(gè)紅線(xiàn)?！拔覀円鉀Q低排放，必須要發(fā)展綠色能源，如何讓新能源安全可靠的在電網(wǎng)當中運行，儲能非常關(guān)鍵?！蓖跣菬槒娬{。
而儲能應用發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅是新能源電網(wǎng)側的儲能需求，從電動(dòng)汽車(chē)充電站、工業(yè)供電儲能到家用儲能，已經(jīng)呈現“多點(diǎn)開(kāi)花”加速落地趨勢?！半m說(shuō)現階段不少充電站直流快充樁已普及，但針對未來(lái)有多個(gè)大電流、高功率密度的直流樁同時(shí)工作的工況，為解決交流側能量供給不足的現實(shí)及多種能源協(xié)調發(fā)展的規劃，在電動(dòng)汽車(chē)直流快充電站加裝儲能系統已成為行業(yè)共識?！蓖跣菬樦赋?。
考慮到有多個(gè)充電樁的充電站場(chǎng)景，電網(wǎng)需要針對高峰充電提供的峰值功率通?？赡艹^(guò)1 MW，這會(huì )造成電網(wǎng)可能在多個(gè)點(diǎn)上崩潰，或者需要投入巨額資金改善輸電線(xiàn)路或集中式發(fā)電廠(chǎng)，大幅提高基本負荷?！靶履茉措娏?儲能+充電樁將形成一個(gè)多元互補能源發(fā)電微電網(wǎng)系統，在綠色能源云的管控下，儲能系統充當中間平衡器，不僅能有效平抑對配電網(wǎng)的負荷沖擊，降低充電站配電線(xiàn)路成本，還可以實(shí)現光伏自發(fā)自用、余電存儲，結合儲能峰谷套利，最大限度利用峰谷電價(jià)，達到經(jīng)濟效益最大化?！蓖跣菬樳M(jìn)一步解釋道。
儲能系統促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設
高精度、18通道BMS方案，多維度賦能儲能系統設計
無(wú)論是電動(dòng)汽車(chē)還是儲能，都離不開(kāi)電池管理系統（BMS）的賦能角色?！俺Ｒ?jiàn)的儲能站相當于上萬(wàn)個(gè)電池在一起，規模比電動(dòng)汽車(chē)大得多，比起電動(dòng)汽車(chē)，大規模推進(jìn)鋰電池電網(wǎng)儲能技術(shù)，在高性能、穩定性、安全上要求更為嚴格，這其中高性能BMS的關(guān)鍵作用不可或缺?！蓖跣菬樦赋?，“ADI覆蓋整個(gè)能源的產(chǎn)生、傳輸、利用及存儲的全過(guò)程，通過(guò)包括電池BMS在內的系統和芯片技術(shù)賦能綠色能源云，讓可再生能源的使用更加合理，實(shí)現全生命周期節能減排?！?/p>
從BMS角度來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)電池包與儲能電池包本質(zhì)上是一致的，差別在于電動(dòng)汽車(chē)電壓等級基本上到300伏、400伏這個(gè)等級，儲能需要800伏左右，未來(lái)可能1000伏，甚至到1500伏。隨著(zhù)電壓等級的提高，對電壓、穩定度、充放電的穩定度，以及由于發(fā)熱帶來(lái)的溫度變化就變得更關(guān)鍵了?！熬_可靠的電池荷電狀態(tài)（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）計算最長(cháng)可使電池壽命延長(cháng)10年至20年。因此，BMS不是僅提供一些粗略的匯總值，而是要對內部模塊的大量數據和系統溫度進(jìn)行精確測量，這對于電池組的充放電與監控至關(guān)重要?！?王星煒指出，“為此， ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部推出了面向工業(yè)儲能的高精度18通道電池管理芯片ADBMS1818，專(zhuān)門(mén)針對儲能應用進(jìn)行了優(yōu)化的系統設計?！?/p>
作為一款多單元電池堆監控器，ADBMS1818可測量多達18個(gè)串聯(lián)連接的電池單元，具有0~5V的電池測量范圍，總測量誤差小于3.0mV，適合大多數化學(xué)電池應用?！坝捎贏(yíng)DBMS1818可在290 μs內測量所有18個(gè)電池單元，對于像50V這樣的電池模塊可以單芯片實(shí)現支持。對于像儲能應用場(chǎng)景而言，多個(gè)ADBMS1818器件串聯(lián)便可以同時(shí)監測很長(cháng)的高壓電池串?！?王星煒強調道。此外，為了在影響B(tài)MS性能之前減輕系統噪聲，ADBMS1818內部集成了16位∑-Δ ADC，也預置了可編程的噪聲濾波器，大大減少了電磁干擾和其他瞬態(tài)噪聲的影響。
值得一提的是，在排列為電池組或模塊組的大型電池包的系統中，很多應用需要進(jìn)行電池均衡，解決不同電池電芯在老化過(guò)程中由于多種因素導致的性能差異，例如電池組溫度梯度差異，超過(guò)SOC上限工作的電池電芯過(guò)早老化導致?lián)p失額外容量等等，這些差異以及自放電和負載電流的小差異都會(huì )導致電池不平衡?！搬槍τ谶^(guò)充或欠充可以通過(guò)被動(dòng)均衡來(lái)解決電池不平衡的問(wèn)題，ADBMS1818可提供200mA的被動(dòng)均衡能力。此外ADBMS1818有9個(gè)通用數字I/O接口可以作為溫度的測量，這些功能共同組成了單芯片完成一個(gè)電池包所有檢測的功能。如果把這些數據都送到整個(gè)電池架的管理單元，每個(gè)電池包的設計便會(huì )大大簡(jiǎn)化?！?王星煒補充說(shuō)到。
當前電池組的模塊化設計一方面增加了可擴展性、服務(wù)能力和外形尺寸的靈活性，另一方面要求為電池組間的數據總線(xiàn)提供電氣隔離。此外，電池組之間的布線(xiàn)必須能夠承受高水平的電磁干擾。隔離式雙絞線(xiàn)的數據總線(xiàn)是一種能夠以緊湊且經(jīng)濟高效的方式實(shí)現這些目標的可行解決方案。與傳統的菊花鏈通信結構不同，ADBMS1818集成了隔離的SPI接口，與SPI主控制器的通信通過(guò)ADI LTC6820 isoSPI轉SPI信號轉換器，實(shí)現了不受RF干擾的遠距離高速通信，能夠在兩個(gè)完全電氣隔離的器件之間實(shí)現SPI通信所需的雙向數據傳輸?！斑@樣便把電池包組成非常安全、可靠的區塊鏈形式，以堆疊方式構建模擬前端可完美實(shí)現各類(lèi)儲能系統的搭建。這種可堆疊多節電池監控器，在物理上一旦當中有損耗，控制器端都可以通過(guò)隔離SPI讀到每個(gè)芯片的數據，增加了整個(gè)電池管理系統的可靠性?！蓖跣菬槺硎?。
鋰電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)持續優(yōu)化，儲能應用落地將持續再加速
行業(yè)數據分析顯示，過(guò)去十年光伏發(fā)電的度電成本已經(jīng)下降了89%，我國近80%的國土上光伏發(fā)電成本都已經(jīng)低于燃煤。隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)爆發(fā)帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)鏈推動(dòng)，電池成本將會(huì )持續下降，光伏+鋰電池儲能成本會(huì )不斷降低。根據GTM數據，2012年到2017年電化學(xué)儲能電站成本大幅下降78%，業(yè)界預計未來(lái)到2030年儲能成本會(huì )下降到1000元/kWh，我國大部分地區光儲結合都可以實(shí)現平價(jià)。目前，以磷酸鐵鋰電池為主的鋰離子電池建設的儲能電站已經(jīng)在浙江、湖南、江蘇等省份建立。
此外，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的突飛猛進(jìn)，相關(guān)研究表明目前我國首批新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池全面迎來(lái)“退役期”，預計在未來(lái)5年的時(shí)間中，由于中國新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，累計退役動(dòng)力電池的總重量將超過(guò)80萬(wàn)噸?！爱斊?chē)的鋰離子電池的充電容量下降到初始容量的 70% 到 80% 時(shí)，便無(wú)法再為汽車(chē)提供動(dòng)力。但事實(shí)上這些電池實(shí)際上并非不具備電能力，依然可以在儲能等領(lǐng)域實(shí)現 5 至 10 年的壽命?！蓖跣菬樚岬诫妱?dòng)汽車(chē)退役電池的梯次利用時(shí)說(shuō)道。
而說(shuō)到梯次利用則不得不提及國家能源局前不久發(fā)布的《新型儲能項目管理規范（暫行）（征求意見(jiàn)稿）》，該文件要求在電池一致性管理技術(shù)取得關(guān)鍵突破、動(dòng)力電池性能監測與評價(jià)體系健全前，原則上不得新建大型動(dòng)力電池梯次利用儲能項目。由于當前退役電池存在缺乏“電池一致性管理技術(shù)”，“動(dòng)力電池性能監測與評價(jià)體系”缺位的問(wèn)題，特性不一致、缺乏權威監測的回收電池用于儲能應用具有極大的隱患。
“ADI很早就注意到這個(gè)問(wèn)題，為此我們推出了無(wú)線(xiàn)BMS（WBMS）很好的解決這個(gè)問(wèn)題，我們和中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )發(fā)起成立了‘電池全生命周期聯(lián)合創(chuàng )新中心’， 就旨在聯(lián)合電池制造商、整車(chē)廠(chǎng)、充換電基礎設施提供商、電池梯次利用廠(chǎng)商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，基于無(wú)線(xiàn)BMS技術(shù)共同實(shí)現對電動(dòng)汽車(chē)核心部件電池的關(guān)鍵特性持續監測，實(shí)現更精準、安全的電池生命周期管理，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)協(xié)同提供重要數據支撐?！?王星煒指出。按創(chuàng )新中心的構想，所有基于WBMS技術(shù)的電池在整個(gè)使用壽命中都可以持續收集電池數據并實(shí)現云存儲，這些數據為二手車(chē)交易、退役電池梯次利用在內的整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)提供準確權威數據。
ADI的無(wú)線(xiàn)BMS監測解決方案可以覆蓋電動(dòng)汽車(chē)電池的全生命周期監測
目前ADI無(wú)線(xiàn)BMS技術(shù)已經(jīng)獲得包括通用在內的多家知名整車(chē)企業(yè)采用，而儲能BMS方案也獲得包括中國企業(yè)在內的產(chǎn)業(yè)鏈廣泛應用?！癆DI現已設定到2030年實(shí)現碳中和、2050年實(shí)現凈零排放的企業(yè)戰略目標，要想實(shí)現該目標，需考慮生產(chǎn)工藝和流程等多環(huán)節的低碳創(chuàng )新，還要與第三方合作，通過(guò)專(zhuān)有綠色技術(shù)和客戶(hù)一起探索新的解決方案，無(wú)疑新能源發(fā)電、儲能、電動(dòng)汽車(chē)將是我們?yōu)榫G色地球做出重要貢獻的主要方向?！?/p>
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