清华慈松团队获梯次利用储能重大技术突破，解决储能行业安全、经济痛点问题

8月22日，内蒙古自治区科技重大专项“梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术”项目示范工程揭牌仪式，在内蒙古达茂旗华电巴音新能源场站圆满落幕。

项目示范工程通过了专家组验收评审。专家们一致认为该项目在基于动态可重构电池网络技术的梯次利用电池性能精准评估、智能分选成组、高效集成管控、本质安全运行和商业模式等方面，取得了多项重大技术突破。从根本上解决了电池储能系统的安全性和经济性等行业痛点问题，是信息-能源交叉领域的颠覆性技术。

“梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术”项目示范工程由华电内蒙古能源有限公司联合清华大学、北京理工大学、内蒙古工业大学、中国华电科工集团有限公司、国电南京自动化股份有限公司、华电电力科学研究院有限公司、中国电力科学研究院有限公司、湘投云储科技有限公司、北京卫蓝科技有限公司共同研发、设计和建设。清华大学电机系研究员慈松任项目负责人。云储新能源科技有限公司为设备供应商。

该工程依托内蒙古自治区2020年度科技重大专项，面向国家大批量电动汽车电池退役消纳的重大需求，基于动态可重构电池网络技术方案，选用退役动力锂离子电池，建设10MW/34MWh规模的数字无损梯次利用储能电站，在国际上率先完成集中式大规模退役动力电池储能电站的工程示范，是目前国际上单点规模最大的集中式梯次利用储能电站。

位于华电巴音新能源场站的国际单点规模最大的集中式梯次利用储能电站

范式创新，颠覆电池管理方法论

随着新能源汽车产业的迅猛发展，动力电池退役也被提上议事日程。退役动力电池梯次利用于储能电站被认为是退役电池处理的最有效解决手段。然而，由于退役电池系统的安全管控和经济价值利用一直缺乏可行的技术方案，所以退役电池的梯次利用一直难以付诸实践。

退役电池梯次利用的最大难点，在于电池具有显著的不一致性。究其原因，主要是由于电池在生产和使用过程中所处物理环境（如温度）不同以及化学属性的非线性变化，电池天然具有不一致性，而梯次利用的退役动力电池经过车上长时间使用，其不一致性愈发凸显，使用不一致性显著的退役动力电池梯次利用于储能系统，不仅安全管理难度呈指数级扩大，且系统寿命因受制于电池系统“短板效应”而大打折扣，经济价值难以释放。

传统的电池制造和电池管理思想一味追求电池一致性，为之投入巨大的成本但收效甚微。

清华大学电机系慈松团队从“世界上没有两片相同的树叶”的第一性原理出发，提出了接纳、管理电池差异性的动态可重构电池网络创新思想，将互联网屏蔽终端差异性的技术理念引入电池储能领域，摒弃传统的电池硬性连接方式，利用软件控制的柔性连接构建数字能量交换系统，实现了对沿用200多年的电池固定串并联范式的变革性创新，从根本上解决了电池系统“短板效应”这一世界级难题。

项目负责人慈松解释道，在以动态可重构电池网络技术构建的规模化电池储能系统中，电池单元可作为基本控制对象，通过数字能量交换系统实现物理上的程序控制柔性连接，从根本上解决了电池系统“测不准、断不开”的难题，从而实现了电池储能系统的本质安全性和经济性及退役电池梯次利用等行业痛点问题。

项目评审专家及项目负责人慈松（左四）在梯次利用储能电池舱内展开讨论

实现系统级本质安全，促进电池储能系统延寿增效

安全性和经济性是当前储能行业的两大痛点，也是清华大学电机系慈松团队研发的动态可重构电池网络技术体系着重解决的两大问题。

首先，动态可重构电池网络通过百毫秒级电池网络拓扑动态重组和微秒级疑似故障电池的在线自动切除，可以从根本上防止热堆积、热失控的发生，这两大机制实现了电池储能系统级本质安全。

清华大学电机系慈松团队的动态可重构电池网络通过电池单元间的动态重组来实现电热的一体化管控。记者在现场获悉，通过调整电池放电倍率或控制系统功率因子，动态可重构电池网络可采用“N选k”的控制模式，即在每个重构周期内会在N个并联电池单元中选择k个接入系统，未被选中的电池单元不会有电流经过，也就不会产生新的热量。在重构周期结束后，控制器会根据电池单元的状态重新选择新的电池组合接入系统，若某个电池单元接入系统的时间过长，系统则会将该电池单元从系统中断开一段时间，以防止出现局部过热的情况。

根据研究资料，锂电池系统在50～100℃的温度变化过程是对电池单元进行温控处理的关键窗口，这个窗口时间是小时级。依托动态可重构电池网络的技术特性，在运行过程中可以高精度测量相应电池单元的开路电压（OCV），而开路电压（OCV）是唯一能够准确地反映电池真实状态的变量，动态可重构电池网络据此进行故障诊断与处置，实现百毫秒级拓扑重构，微秒级故障精准隔离，开路电压的准确测量能力是避免电池热失控的关键。

其次，动态可重构电池网络通过克服“短板效应”等方式，充分挖掘电池充放电效率和全生命周期利用价值，显著改善电池系统经济性。

传统储能系统具有“短板效应”，即系统的循环寿命取决于系统中性能最差的电池单元；而在动态可重构电池网络中，所有电池单元都能“尽力而为”、物尽其用，系统循环寿命延长至少100%，项目全生命周期的经济性得以大幅改善。动态可重构电池网络可兼容非大厂电池、B品电池、梯次电池、钠离子电池等不同厂家/不同批次/不同规格/不同电化学体系的电池，不仅给予了储能建设商更多选择权，还可有效降低初始投资成本。

动态可重构电池网络实现了储能系统智能在线运维，系统无需人工巡检；发生故障后在线上自动对故障电池进行隔离，无需系统停机，极大提升了系统整体可用性，运营成本可降低90%。在部分电池有效容量触底时可随时部分换新，无需整体停机，更无需对系统进行整体重建，实现了成倍提高效率、降低成本的目标。

梯次利用储能电站日盈利逾万 获业主认可

从2020年到今年8月，慈松团队与华电集团主持设计、完成的国际上首个单点最大规模的10MW/34MWh退役动力梯次利用电站，采用了8000组退役大巴动力电池，实现了电池从车上到车下储能电站的无缝衔接，是目前业内唯一无需进行单体层面硬性拆解、分选和成组的技术体系。该技术节省了拆解成本、避免了硬性拆解造成的环境污染，具有巨大的社会环保效益。

项目评审专家组在升压站控制室查看数据

项目已在网安全稳定运行15个月，并参与当地电力现货市场交易60多次。据统计，使用慈松团队动态可重构电池网络技术的“梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术”示范工程项目日均盈利逾10000元。

华电内蒙古能源有限公司相关负责人表示，由于“梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术”示范工程项目的安全性和经济性非常好，公司将持续利用动态可重构电池网络技术，扩大在电化学储能方向的投资。