基于電池網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)

　　近日，由國家能源局指導(dǎo)，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟與杜塞爾多夫展覽有限公司共同主辦的“儲(chǔ)能國際峰會(huì)2015”在北京召開。在儲(chǔ)能技術(shù)分論壇上，美國內(nèi)布拉斯加林肯大學(xué)慈松教授發(fā)表題為《基于電池網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)》的演講，以下為演講內(nèi)容。

　　美國內(nèi)布拉斯加林肯大學(xué)慈松教授：

　　我們之所以發(fā)展儲(chǔ)能，是因?yàn)榘l(fā)電曲線和用電曲線不匹配，儲(chǔ)能的作用就是要把這兩條曲線拉直成一條直線。

　　儲(chǔ)能技術(shù)層出不窮，但沒有哪種技術(shù)是可以在各種場(chǎng)景下都可以使用的，只要能解決實(shí)際問題的都是好技術(shù)。

　　根據(jù)美國能源部相關(guān)定義，鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的最大的優(yōu)勢(shì)在于動(dòng)態(tài)技術(shù)非常快，在100微秒的時(shí)候就可以做出響應(yīng)，效率非常高，是一種可以移動(dòng)部署的電池儲(chǔ)能技術(shù)。截止到2013年底，美國大概部署了15個(gè)兆瓦級(jí)的鋰電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。

　　今天我們重點(diǎn)探討電池的應(yīng)用問題。電池本身是一個(gè)能循環(huán)幾千次，使用十幾年的裝置，在市場(chǎng)銷售中類似于桶裝水，桶是一次性交費(fèi)，水是用多少交多少費(fèi)用，電池也是如此。

　　任何一個(gè)大容量電池都是用小容量堆積起來的，不論是鋰電池、鉛電池、鎳氫電池，都必須先做成電池組，我們打開筆記本電池后會(huì)發(fā)現(xiàn)里面的也是由多個(gè)電池組成的。現(xiàn)在，中國做BMS電池管理系統(tǒng)的企業(yè)有100多家。我們認(rèn)為在電池管理系統(tǒng)中還存在一些問題，比如在一些設(shè)計(jì)中，第一個(gè)電池放不出電的時(shí)候才會(huì)讓第二個(gè)電池放電，或者是6個(gè)電池中只要有3個(gè)好的也可以用。但這樣的設(shè)計(jì)降低電池組的系統(tǒng)效率、可靠性，在安全回收、環(huán)保再利用等方面存在問題。因?yàn)椋我鈨晒?jié)電池都不會(huì)完全一樣，電池發(fā)明至今已經(jīng)有150多年的歷史，但電池在剛性組織管理下的結(jié)構(gòu)從來沒有改變過。

　　鋰電池的差異性比較大，我們從2006年開始做相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)垂直簡(jiǎn)單集成的方法不能解決鋰電池的非線性差異性。另外，在能量密度方面，鋰電池的提高速度也比較慢，大概提高一倍能量密度用了12年的時(shí)間。在有效的系統(tǒng)構(gòu)架下，做好單體電池比做好應(yīng)用系統(tǒng)更重要，否則使用鋰電池還不如鉛電池。

　　電池是化學(xué)能和電能轉(zhuǎn)換的裝置，這里的化學(xué)反應(yīng)是非線性的，從系統(tǒng)參數(shù)上會(huì)顯示的淋漓盡致。在使用電池的時(shí)候，放在電動(dòng)汽車?yán)锏碾姵貢?huì)呈現(xiàn)出不同管控模式。在一個(gè)有6個(gè)電芯的電池組中，如果有2個(gè)壞了，我們是否可以重構(gòu)一下，只將電池組中的部分電池?fù)Q掉，解決管控問題?我們是否可以讓新電池與舊電池放在一起使用?是否可以讓鋰電池和鉛電池放在一起使用?這就是現(xiàn)在講的能源互聯(lián)網(wǎng)概念，就是構(gòu)建一個(gè)平等的接入方式，能力強(qiáng)的出力多一點(diǎn)，弱的就出力少一點(diǎn)。在這方面我們的一個(gè)解決辦法是計(jì)算機(jī)分布式構(gòu)架，在系統(tǒng)中，整個(gè)結(jié)構(gòu)可以在毫秒級(jí)進(jìn)行重構(gòu)，電池單體可以在納秒級(jí)關(guān)斷一次，這也就是能量和信息如何融合的問題。

　　特斯拉汽車中有7000多節(jié)18650電池，這些電池被焊接在一起。我們?cè)趩误w管控水平上已經(jīng)超越了特斯拉，我們做的研究相當(dāng)于給電池加了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以管控到每一節(jié)電池。

　　2010年時(shí)，我們做了一個(gè)大規(guī)模分布式電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。在我看來，構(gòu)建一個(gè)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，本身并不難。其難點(diǎn)在于將通信、計(jì)算和控制這三者和物理系統(tǒng)能量之間，形成控制和持續(xù)融合，這也就是工業(yè)4.0的核心問題。我們的系統(tǒng)做了管控能量的計(jì)算機(jī)、做了CPU和主板，將電池放在上面，這樣做下來，我們將能量信息化和互聯(lián)網(wǎng)管控能力結(jié)合到了一起。

　　在二手車銷售市場(chǎng)中，一輛二手車能夠賣出去是因?yàn)橛写罅康氖褂眯畔⒃诤竺孀鲋巍Ｎ覀冏鲭娋W(wǎng)儲(chǔ)能，也需要有數(shù)據(jù)中心，做好電池的能量管控。

　　我們對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的愿景是，如果用戶數(shù)越多，系統(tǒng)的效率可靠性就越高，最終我們會(huì)變成電池能量運(yùn)營(yíng)商，支撐電網(wǎng)能量平衡，與運(yùn)營(yíng)商脫離關(guān)系，形成C2C模式。我們的目標(biāo)是要將電池組的壽命做到跟單體電池一樣，而且可以做到互換。

　　我們?cè)谀茉椿ヂ?lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心的UPS儲(chǔ)能、移動(dòng)電源、通信基站效率等方面都做了研究，希望能夠通過互聯(lián)網(wǎng)管控到每一節(jié)電池的充放電情況。

　　在能源互聯(lián)網(wǎng)電動(dòng)車項(xiàng)目中，我們也徹底顛覆了“電動(dòng)車要配充電樁”的概念，因?yàn)檐囀亲杂傻模潆姌妒枪潭ǖ模覀儾荒茏尠央妱?dòng)車束縛在有限的充電樁網(wǎng)絡(luò)中。我們要做可替換電池的電動(dòng)車，但在此背后也存在能量信息化。針對(duì)這個(gè)項(xiàng)目我們總結(jié)了12個(gè)字：車電分離、電池配送、能量運(yùn)營(yíng)。這就是我要講的內(nèi)容，謝謝大家!

　　關(guān)于德國工業(yè)4.0，越來越多的人在說，也有不少的人在寫。但是對(duì)于大部分聽眾和讀者來說，它依然是一個(gè)模糊的概念。

　　12月中旬，德國法蘭克福總領(lǐng)館經(jīng)商室舉行了一場(chǎng)別開生面的中資企業(yè)新年招待會(huì)，沒有熱鬧的場(chǎng)面，也沒有豐盛的晚宴，只有5名來自全德華人機(jī)電工程學(xué)會(huì)的博士，用整整一個(gè)下午的時(shí)間，為20多家中企和媒體的約40名代表，介紹了他們對(duì)于德國工業(yè)4.0的研究。

　　這5位博士是機(jī)電工程學(xué)會(huì)主席、全球汽車精英組織海外成員張式程、副主席陳禎福、理事武震宇、特聘專家葛杰和安琪。

　　歸納5位博士的介紹，大體可以解答以下幾個(gè)有關(guān)工業(yè)4.0的核心問題：國家戰(zhàn)略，不是國際標(biāo)準(zhǔn)德國工業(yè)4.0，是德國政府出于領(lǐng)先意識(shí)、危機(jī)意識(shí)和機(jī)遇意識(shí)，為了確保未來德國在世界上的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)領(lǐng)先地位，于2013年在《德國高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中提出的國家發(fā)展戰(zhàn)略，是給德國企業(yè)明確的一個(gè)努力方向。工業(yè)4.0，意即“第四次工業(yè)革命”，其總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“綠色的”智能化生產(chǎn)。

　　這是德國試圖以高科技帶動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的國家戰(zhàn)略，而不是國際標(biāo)準(zhǔn)，也就是說，各國沒有跟上的義務(wù)。事實(shí)上，許多國家都發(fā)表了類似的綱領(lǐng)性文件，只不過各有不同的提法，如美國的“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”、日本的“科技工業(yè)聯(lián)盟”、英國的“工業(yè)2050戰(zhàn)略”和中國的“智能加工”等等。自然，誰能早日實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略，誰就在國際上獲得了“先發(fā)制人”的先機(jī)，擁有了標(biāo)準(zhǔn)制定者的地位。資源整合，并非創(chuàng)造發(fā)明德國工業(yè)4.0的目標(biāo)，是在2020年至2030年之間，實(shí)現(xiàn)“第四次工業(yè)革命”，即“以信息物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能化生產(chǎn)”。

　　工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的前三次工業(yè)革命。按一般的劃分，第一次工業(yè)革命開始于18世紀(jì)后半葉，其主要標(biāo)志是以蒸汽機(jī)的發(fā)明帶來的機(jī)械化生產(chǎn);第二次工業(yè)革命開始于19世紀(jì)后半葉，主要標(biāo)志是以電力的發(fā)明帶來的電氣化和大規(guī)模流水線生產(chǎn);第三次工業(yè)革命開始于20世紀(jì)后半葉，主要標(biāo)志是通過信息技術(shù)和電氣化的結(jié)合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化生產(chǎn)。第四次工業(yè)革命，從現(xiàn)在開始，其主要特征就是綜合利用第一次和第二次工業(yè)革命創(chuàng)造的“物理系統(tǒng)”和第三次工業(yè)革命帶來的日益完備的“信息系統(tǒng)”，通過兩者的融合，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。