本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
似乎每天我们都能听到关于电池技术的又一项渐进式突破。通过调整现有的电池化学成分或完全发明新的化学成分，大学研究人员和初创公司已经成功地提高了众多潜在电网电池技术的能量密度、循环寿命、能量效率和安全性。毫无疑问，这些储能硬件的进步非常重要。然而，我认为有时对储能硬件的关注掩盖了电网电池面临的另一个主要挑战：决定电池应该做什么以及何时应该做的软件。
与可再生能源技术不同，电网电池储能不具备将免费的風能和阳光转化为有用电力的独特优势。因此，从电网电池中获取价值比简单地将其指向太阳或迎风放置要复杂得多。
电池的价值来自于它可以做其他设备很少能做的事情：以相对较小的外形尺寸存储大量的电能。然而，仅凭这一特性并不能使电网电池变得有价值。如果没有关于何时充电和何时放电的正确指令，即使是最先进的电网电池也仍然只是一个价格过高的化学品盒子。
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借助正确的软件，可以对电网电池储能进行编程，使其以不仅最大化其在多种应用中的价值，而且还延长其寿命的方式运行。这种软件将为电池设计充放电计划，以在不使电池过度充电、过度放电或导致电池容量衰减过快的情况下最大化其价值。
不幸的是，似乎这种软件仍然遥遥无期。开发这种软件很困难，因为电池使用复杂的电化学反应，这些反应难以建模，并且一旦电池单元被密封就无法观察。此外，电池的潜在价值通常由外部因素决定，例如电力批发价格或建筑物内部的电力需求水平，因此即使您了解电池内部发生的一切，也很难准确决定何时充电和何时放电。
电池运行管理问题是我在德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系攻读博士学位期间广泛研究的问题。这个问题对我来说很有趣，不仅因为我认为这是一个需要解决的重要问题，还因为我认为有可能从软件方面经济高效地提高电池存储的性能和寿命。
在最近发表在Energy杂志上的一篇论文中，我开发了一个优化程序，首次尝试解决电网电池控制问题。该优化程序包含一个电池模型，该模型预测应用于电池的充放电计划将如何影响其电压和充电状态，这两者都必须在运行期间限制在一定范围内。利用电池模型提供的信息，优化程序智能地测试数千种不同的潜在充放电计划，以确定哪一种计划可以在一天内最大化电池系统的价值，而不会使电池单元过度充电或过度放电。
使用该软件，我能够证明，在德克萨斯州批发电力市场中用于买卖能源的锂离子电池，在电力价格极其动荡的少数几个运营日中，可以获得更多的价值。这一结果表明，如果电网电池的软件足够智能，能够知道何时执行电网占空比以及何时转换为最大化电池寿命的待机运行状态（例如，通过冷却或完全放电电池），则可以提高电网电池的生命周期价值。将这种智能构建到软件中是我的下一步。
我绝不是唯一一个致力于经济运行管理的电网电池控制软件的人。一个值得注意的行业是 Growing Energy Labs Inc. (GELI)，该公司开发了一个围绕并网电池的完整操作系统。另一个值得注意的公司是 Younicos，该公司收购了德克萨斯州电池初创公司 Xtreme Power 的残余资产。Younicos 的电网管理软件将电池控制为连接到一个或多个负载的多个分布式能源之间的桥梁。
我很高兴看到随着电池硬件在未来几年内价格下降，电网存储软件将如何发展。软件世界令人兴奋的部分在于，创新比硬件方面发展得更快。也许明年这个时候，我将撰写关于下一个大型开源电池能量管理软件的文章。我们将拭目以待。
您可以在此链接免费访问上面引用的学术论文，截止日期为 2015 年 1 月 25 日。
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