美国橡树岭国家实验室致力开发梯次利用电池控制系统

锂离子电池的容量和性能会随着时间的推移而退化，而电动汽车使用的锂离子电池届时不再能快速充电或提供瞬间能量。不过，如果人们相信埃隆•马斯克的说法，即特斯拉电池很快就能维持100万英里行驶里程的话，那么其电池退化就不会那么快。

这些二次电池虽然不再适用于车辆使用，但通常还有60%到70%的使用寿命。它们仍然有能力在住宅或商业环境中储存电力，但这些二次电池并不能被用户直接使用，而使用这些二次电池需要控制系统和机制才能重新利用。

美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Lab)的研究人员致力于解决这些问题，该实验室声称已经开发出二次电池适用于住宅用户的使用方法。现在，他们开发的技术可以使二次锂离子电池满足电网规模储能系统的要求。

随着电动汽车在未来几年的大量应用，二次电池的供应量将会猛增。美国爱迪生基金会预测，到2030年，将有1900万辆电动汽车上线运行，约占全球汽车总数的7%。

美国能源部电力办公室储能研究主管Imre Gyuk说：“开发储能新技术对于对于日益依赖分布式可再生能源的现代化电网至关重要。该项目还通过重新利用仍有使用价值的电池，最大程度地减少浪费，并确保安全可靠的电力供应来支持循环经济。”

美国橡树岭国家实验室研究员Michael Starke一直领导着一项由美国能源部电力办公室储能计划支持的项目，该项目旨在创建和增强用于二次电池的控制系统，其中包括在北卡罗来纳州的一个住宅小区中测试装机容量为15kW的储能系统，其他的测试在该实验室附近的橡树岭研究所进行。

低买高卖

通过使用Starke和他的同事开发的软件和电力电子硬件，采用二次电池控制系统目的是在峰值需求期间减少家庭用户采用电网电力。取而代之的是，家庭用户使用可再生能源发电设施产生或存储的电力。该过程还可以在峰值期间减少公用事业服务区域的一些需求，从而帮助平衡电网。

Starke说：“获得的净效益可以利用实时电费结构，并降低电费。而用户最大的收获是，在这些应用中，采用二次电池的储能系统在经济上是可行的。二次使用并不是说可以直接采用二次电池。在公用事业公司采用二次电池构建的储能系统将面临挑战。他们需要的是可以长期依赖并且可靠有效的储能产品，并且希望只采用一台通信设备就可以管理大量资源。”

美国橡树岭国家实验室研究人员开发的控制系统依靠基于云计算的通信技术来实现远程控制。该系统中包括一个灵活的逆变器，该逆变器可转换住宅太阳能+储能系统或公用事业的电力，同时控制储能系统与电网同步，并确保安全启动和关机。

解决电池性能并不一致的难题

在构建电网规模的储能系统时，大量二次电池连接在一起，而来自不同制造商的二次电池具有不同的电压、电池化学成分和退化程度，要使它们可靠协调地工作，需要复杂先进的控制系统。

研究人员已经开发出一种控制系统，该系统预设了所需的充电量或放电量，然后以满足每个电池单元的状态和容量要求的方式做出响应，从而有效地分配资源。Starke说，“这是公用事业公司可以放心使用的原因。公用事业公司只需要其容量，但采用很多子系统协调和控制这些资源，才能构建一个装机容量为1MW的储能系统。”

Starke及其同事目前正在开发和部署一个由二次电池构建的装机容量为100kW储能系统，以进一步测试其控制系统和硬件解决方案，这将是此类项目中第一个将电动汽车二次电池重新用于电网规模储能系统。