中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布了電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)創(chuàng)新與應(yīng)用典型案例，旨在進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)安全、高質(zhì)量發(fā)展，總結(jié)、交流并推廣成功經(jīng)驗(yàn)與有益做法，發(fā)揮典型引領(lǐng)作用。以下為第十八個(gè)典型案例——“儲(chǔ)能電池模組電芯電壓一致性主動(dòng)均衡與動(dòng)態(tài)分簇重構(gòu)技術(shù)”。相關(guān)案例集還將在2026年3月25日—27日舉辦的“第四屆中國(guó)儲(chǔ)能大會(huì)”上發(fā)布，敬請(qǐng)關(guān)注。
儲(chǔ)能電池模組電芯電壓一致性主動(dòng)均衡與動(dòng)態(tài)分簇重構(gòu)技術(shù)
中廣核（甘肅）新能源有限公司
一、典型案例簡(jiǎn)介
中廣核酒泉微電網(wǎng)儲(chǔ)能電站是中廣核（甘肅）新能源有限公司下屬最早建成的儲(chǔ)能電站，是全國(guó)首批28個(gè)微電網(wǎng)示范項(xiàng)目之一。電站于2019年6月并網(wǎng)運(yùn)行，隨著運(yùn)行年數(shù)的增加，電池模組電芯電壓一致性偏差合格率僅89.50%；電芯電壓偏差大導(dǎo)致充放電效率下降、電池健康度（SOH）降低，同時(shí)由于“木桶效應(yīng)”出現(xiàn)電芯充不滿、放不空的狀態(tài)。電壓一致性是評(píng)估電池簇健康度的關(guān)鍵指標(biāo)，偏差過大會(huì)嚴(yán)重影響儲(chǔ)能電站的運(yùn)行效率。
行業(yè)痛點(diǎn)深度解析
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)在長(zhǎng)期充放電循環(huán)中，因電芯原材料批次差異、運(yùn)行溫度梯度、電解液分布不均等原因，導(dǎo)致單體電芯性能衰減速率分化。這種分化引發(fā)“木桶效應(yīng)”——當(dāng)簇內(nèi)最大電壓偏差超過50mV（國(guó)標(biāo)GB/T 36276要求）時(shí)，高衰減電芯將限制整體充放電深度。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，電壓一致性合格率每降低1%，系統(tǒng)可用容量衰減0.8%~1.2%，度電成本上升0.6元/kWh。
項(xiàng)目實(shí)證數(shù)據(jù)支撐
中廣核甘肅酒泉微電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)20MW/40MWh儲(chǔ)能單元（2019年6月投運(yùn)）采用分布式集裝箱式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，各箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)單元接受EMS（能源管理系統(tǒng)）統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行；在運(yùn)行4年8個(gè)月后出現(xiàn)典型問題：2024年1月連續(xù)9天抽樣檢測(cè)（每日100個(gè)電池Pack）顯示，平均合格率僅89.50%（標(biāo)準(zhǔn)要求≥95%），最大電壓偏差達(dá)128mV（Pack編號(hào)B3-07-12）；系統(tǒng)有效容量從初始20MWh降至13.5MWh（降幅33.5%）；充放電效率由92.1%降至86.2%；電池健康度（SOH）年均衰減率從2.1%加速至3.8%。年發(fā)電收益減少107萬(wàn)元（按甘肅峰谷電價(jià)0.56元/kWh計(jì)算）。傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)（BMS）被動(dòng)均衡策略存在三大局限：
① 均衡電流僅50~200mA，無(wú)法應(yīng)對(duì)大于5%的容量偏差；
② 未考慮電芯內(nèi)阻、溫度等多維參數(shù)耦合效應(yīng)；
③ 缺乏衰減趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)防性干預(yù)。
二、解決方案
1. 系統(tǒng)性診斷分析
電壓合格率89.5%，完成1960個(gè)Pack普查，鎖定327個(gè)偏差超標(biāo)，開展Pack電芯級(jí)三維檢測(cè)、電壓掃描、內(nèi)阻測(cè)試，采用交流阻抗法實(shí)現(xiàn)溫度映射。
根因聚類分析：
創(chuàng)新性技術(shù)實(shí)施：
(1) 動(dòng)態(tài)分簇重構(gòu)技術(shù)。
將電芯電壓一致的進(jìn)行分簇分艙調(diào)整，以保證儲(chǔ)能效能，保護(hù)其余電芯使用壽命，其次建立電芯性能評(píng)估矩陣，按Score值將電芯劃分為四類集群：
A類（Score≤10）： 健康電芯 → 部署于高功率艙段
B類（10<Score≤25）： 輕度衰減 → 部署于均衡運(yùn)行艙段
C類（25<Score≤40）： 中度衰減 → 降功率10%運(yùn)行
D類（Score>40）： 嚴(yán)重衰減 → 淘汰更換
重組執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：
簇內(nèi)電壓極差≤30mV（嚴(yán)于國(guó)標(biāo)50mV）；
內(nèi)阻離散度≤5%；
溫度差異≤5℃。
(2) 主動(dòng)均衡策略。
主動(dòng)均衡策略，一個(gè)電池的多余電荷被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)低電荷的電池上，從而使兩者達(dá)到平衡，這主要是利用電容器和電感器等電荷存儲(chǔ)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種方法中，開關(guān)電路由降壓升壓轉(zhuǎn)換器組成，高壓電池的電荷被泵入電感器，然后通過降壓升壓轉(zhuǎn)換器釋放到低壓電池中，即電荷只能從較高的電池單元轉(zhuǎn)移到較低的電池單元。通過這種技術(shù)策略，使電芯電壓保持一致性偏差有效縮小，達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，還可避免“木桶效應(yīng)”引發(fā)的熱失控。
（3）電芯電壓一致性調(diào)節(jié)。
①每日檢查100個(gè)電池pack。
②對(duì)活動(dòng)前的儲(chǔ)能電池模組電芯電壓的84個(gè)不合格點(diǎn)進(jìn)行分類調(diào)查論證。
由排列圖可知，電芯內(nèi)阻占比79.76%，因此，小組成員對(duì)電芯內(nèi)阻進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查論證。由分析可知，電芯內(nèi)阻占比92.54%，因此，電芯內(nèi)阻是造成活動(dòng)前的儲(chǔ)能電池模組電芯電壓一致性合格率低的主要癥結(jié)區(qū)域。儲(chǔ)能項(xiàng)目的電池模組電芯電壓一致性合格率為95.91%，大于 95.00%，并且電池電芯內(nèi)阻最大數(shù)量為 19 個(gè)，為完成目標(biāo)找到了橫向依據(jù)。只要吸收其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，通過小組成員的努力，具備達(dá)到目標(biāo)值的能力。
③采用頭腦風(fēng)暴的方法，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”（5M1E）六個(gè)方面對(duì)電池模組電芯內(nèi)阻問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并繪制了因果圖。
④針對(duì)因果圖中分析的6條末端因素，制定了要因確認(rèn)計(jì)劃表，逐條進(jìn)行確認(rèn)，找出主要原因。
通過分析，造成電芯內(nèi)阻大有以下兩個(gè)主要原因：一是電池極柱焊接阻值大。二是未建立儲(chǔ)能效能績(jī)效考核指標(biāo)。
⑤對(duì)策實(shí)施。
措施1：儲(chǔ)能電池模組電芯內(nèi)阻大的Pack返廠對(duì)電池正負(fù)極焊點(diǎn)進(jìn)行處理，降低內(nèi)阻值，使此電池模組與本簇其余電池包電壓在同一水平。
措施2：更換的電池模組需要對(duì)電芯SOC進(jìn)行充放電測(cè)試，確保不發(fā)生“木桶效應(yīng)”，并記錄電芯電壓與其他簇單節(jié)電壓的一致性偏差。
⑥效果驗(yàn)證。實(shí)施后，小組對(duì)不同集裝箱電池模組改進(jìn)數(shù)量進(jìn)行了調(diào)查，從調(diào)查表和柱狀圖中可以看出，對(duì)策實(shí)施后，電池模組電芯改進(jìn)率達(dá)到100%，達(dá)到了對(duì)策目標(biāo)，對(duì)策有效。
三、關(guān)鍵點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)
1. 技術(shù)突破性創(chuàng)新
“預(yù)測(cè)—重組”：實(shí)現(xiàn)從“故障后維修”到“衰減前干預(yù)”的模式變革，響應(yīng)速度提升20倍。
均衡技術(shù)：首創(chuàng)電壓—內(nèi)阻—溫度—SOC四維協(xié)同控制算法，突破單一參數(shù)均衡局限。
2. 管理機(jī)制創(chuàng)新
電池?cái)?shù)字護(hù)照系統(tǒng)：賦予每個(gè)電芯唯一ID，記錄全生命周期數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)健康管理。
雙閉環(huán)”運(yùn)維體系：
硬件層：BMS—PCS—EMS聯(lián)動(dòng)；
數(shù)據(jù)層：實(shí)時(shí)采集+邊緣計(jì)算；
分析層：數(shù)字孿生引擎；
決策層：動(dòng)態(tài)策略生成。
3.標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)性貢獻(xiàn)
主導(dǎo)編制《儲(chǔ)能電站電池簇一致性評(píng)價(jià)規(guī)范》關(guān)鍵技術(shù)條款；
定義電壓一致性合格率計(jì)算公式：
確立“月度全檢+偏差超限即重組”的強(qiáng)制要求。
四、經(jīng)濟(jì)效益及推廣前景
五、團(tuán)隊(duì)介紹
團(tuán)隊(duì)成員共計(jì)6名，其中工程師3名、安全管理人員1名、助理工程師1名，技能技師1名，業(yè)務(wù)覆蓋儲(chǔ)能電站建設(shè)安裝、調(diào)試，研發(fā)，故障分析研判、數(shù)據(jù)分析、輸變電設(shè)備管理、運(yùn)行維護(hù)等。
