電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）隨著新型儲能以及長時儲能在儲能中占比越來越多，儲能電池的一致性問題開始凸顯。而所謂的一致性，是指同一規(guī)格型號的電池在容量、內(nèi)阻、電壓、自放電率、溫度特性和衰減速度等關(guān)鍵參數(shù)上的匹配程度，是決定電池組性能、壽命和安全性的核心因素之一。

當(dāng)前行業(yè)面臨的一致性挑戰(zhàn)已從過去的可選優(yōu)化項變?yōu)槿缃癖仨毭鎸Φ膯栴}，尤其在電網(wǎng)側(cè)儲能、新能源汽車等對安全和長壽命要求極高的場景中，一致性控制水平直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。

為何會有一致性問題

以儲能電池為例，其一致性問題本質(zhì)上就是成組的單體電芯之間差異被放大之后形成的問題。由于制造環(huán)節(jié)的微觀差異，例如正負(fù)極漿料涂布厚度、壓實密度存在微小波動，導(dǎo)致局部容量或內(nèi)阻不同等問題，這種即便是在高度自動化的產(chǎn)線上，也無法做到絕對一致。

并且街邊是制造后進(jìn)行篩選，也難以完全消除差異，雖然生產(chǎn)工廠能夠通過電壓、內(nèi)阻、容量分檔，但每個電芯的自放電率、老化速率等隱性參數(shù)難以高效檢測。

一旦成組使用，其中的差異就會不斷被放大，導(dǎo)致溫度分布不均、電路路徑不對稱、BMS均能能力受限、循環(huán)老化的非線性問題等。導(dǎo)致加速劣化，讓劣化的單體電芯更熱，電流更不均勻，從而老的更快。

那么問題來了，既然單體電芯如此麻煩，為何不用一個整體的大電芯，例如直接做成一個100Ah或1kWh的單體電芯，而是采用成本上千個小電芯串并聯(lián)組成電池包呢？

一方面在于大尺寸的電芯存在物理極限，由于鋰離子在正負(fù)極材料中擴(kuò)散、在電解液中遷移都需要時間，如果將電芯做的太大，會導(dǎo)致鋰離子從一端到另一端的路徑變長，濃差極化和歐姆極化顯著加劇，結(jié)果就是充放電的效率下降，快充能力減弱。

同時電芯越大，儲存的能量越多，一旦局部短路或熱失控，釋放的能量巨大，難以控制、極易蔓延。

并且受到當(dāng)下技術(shù)的限制，大電芯幾乎無法量產(chǎn)，現(xiàn)有的工藝設(shè)備例如涂布機、輥壓機、注液機等設(shè)備都是為標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計，需要重新定做。在制造超大極片也會導(dǎo)致張力控制困難、對齊精度下降、干燥不均等問題。

此外，小電芯可以讓系統(tǒng)保持更高的靈活性和可維護(hù)性，例如小電芯組成的模組，壞了一兩個可以更換，大電芯就不行了。

不過行業(yè)主流雖然是小單體電芯，但未來確實在朝著更大單體的方向演進(jìn)，來減少串并聯(lián)數(shù)量，緩解一致性的壓力。例如寧德時代的麒麟電池或比亞迪刀片電池，是通過多個長薄單體電芯緊密排列，比普通的單體電芯要大。

但目前選擇采用小單體電芯，盡管會遇到一致性問題，但可以通過工程手段進(jìn)行管理和優(yōu)化。不過隨著當(dāng)下電網(wǎng)側(cè)儲能的重資產(chǎn)、長周期運營場景普及，項目回收期通常會在8-12年，因此對于電池的壽命、可靠性、并網(wǎng)穩(wěn)定性有了極高的要求，一致性直接關(guān)乎到項目的盈利性和合規(guī)性。

儲能電池一致性問題解決方案

電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)的功率響應(yīng)速度、電壓穩(wěn)定性有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，一致性差的電池組，充放電過程中單體電壓、功率輸出不均衡，會導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)滯后、電壓波動超標(biāo)，無法通過電網(wǎng)接入認(rèn)證。更嚴(yán)重時，功率波動會引發(fā)電網(wǎng)頻率震蕩，甚至觸發(fā)脫網(wǎng)保護(hù)，面臨監(jiān)管處罰。

并且伴隨著全球電網(wǎng)側(cè)儲能并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，包括中國、歐盟等新規(guī)的發(fā)布，讓一致性的控制已經(jīng)成為了并網(wǎng)準(zhǔn)入的硬性門檻，沒有達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品根本無法進(jìn)入市場。因此如何控制一致性問題，已經(jīng)成為各大相關(guān)廠商的重要課題。

一方面可以從源頭制造商，將單體電芯的差異壓到最低。例如寧德時代在極片工序里“亞微米級智能卷繞+AI云-邊-端缺陷檢測，全程3000+質(zhì)量控制點，CPK≥2.0，缺陷率壓到9σ的ppb級。

蜂巢能源通過超高速疊片+蜂云平臺在線監(jiān)測，片長誤差≤±0.2 mm，極片對齊度99.5%，讓280Ah的電芯產(chǎn)品中單電芯容量極差≤1 Ah。

還有的企業(yè)在成組選配時，通過算法來控制一致性。如武漢億緯儲能采用脈沖邊界法，先給樣本電芯做“脈沖充放”測出邊界參數(shù)，形成一致性基準(zhǔn)庫；待測電芯5分鐘內(nèi)即可完成對標(biāo)，分揀效率提升3倍，配組后ΔUmax≤20 mV。

安徽繼遠(yuǎn)軟件采用機器學(xué)習(xí)預(yù)測模型，將“溫度-ΔSOC-容量衰減”三維歷史數(shù)據(jù)喂給模型，實時預(yù)測整包容量損失，提前把未來可能存在短板的電芯篩掉，配組失配率<1%。

即便是在電芯已經(jīng)成組之后，通過電子電力以及數(shù)據(jù)算法的在線糾偏，也可以抑制一致性問題，延長電池壽命。

如科列技術(shù)采用雙向DC-DC 2A/5A芯片級方案，串聯(lián)模組內(nèi)能量搬移，24h可把ΔUmax從80mV壓到15mV以內(nèi)，系統(tǒng)可用容量提升20%。太湖能谷則是把相鄰單體電解液腔直接連通，用電解液離子擴(kuò)散實現(xiàn)本體級自均衡，均衡電流可達(dá)0.1C，理論上壽命提升30%。

天合儲能采用自有的“精確補電”專利，先把整箱放到截止電壓，靜置0.5 h，再對落后單體毫秒級脈沖補電，補電量誤差<0.5%，避免過補鼓包；算法會自學(xué)習(xí)歷史充電曲線，越用越準(zhǔn)。

陽光電源通過組串式方案，每簇獨立PCS，不并聯(lián)直流母線，徹底消除環(huán)流；簇級溫差<3℃，充電電流偏差從42%降到5%以內(nèi)。

此外還有一些預(yù)測性的維護(hù)，例如通過“聯(lián)合熵”算法，用電壓時間序列算電池間聯(lián)合熵，量化協(xié)同退化趨勢；閾值隨循環(huán)次數(shù)動態(tài)調(diào)整，MCU即可運行，提前30天預(yù)警一致性超限。

小結(jié)

在電網(wǎng)側(cè)儲能的長周期運營的趨勢下，儲能電池一致性不再是做了更好的優(yōu)化項，而是決定產(chǎn)品能否生存、企業(yè)能否盈利的必答題。一致性控制已成為企業(yè)核心競爭力，未來只有掌握全鏈條技術(shù)能力的企業(yè)，才能在儲能與動力電池市場中占據(jù)優(yōu)勢。