在近日召開(kāi)的“第八屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)上，中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司儲(chǔ)能電池本體技術(shù)研究室主任楊凱在儲(chǔ)能電站專場(chǎng)，發(fā)表了題為“梯次利用動(dòng)力電池在電力儲(chǔ)能的應(yīng)用研究”的精彩演講。

　　楊凱：大家好，我是來(lái)自中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司的楊凱，今天跟大家交流一下我們?cè)谔荽卫�用電池方面做的一些工作。因�(yàn)樘荽卫�用電池現(xiàn)在是一個(gè)比較熱門的話題，中國(guó)電科院從2012年開(kāi)始一直到現(xiàn)在，大概做了五六年的工作，今天主要是就這個(gè)專題跟大家交流一下。首先了解梯次利用的技術(shù)背景，這個(gè)背景大家從各個(gè)領(lǐng)域了解的比較多了，因?yàn)槲覀儑?guó)家的電動(dòng)汽車現(xiàn)在進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，2017年銷售了77.7萬(wàn)輛，2018年預(yù)計(jì)將超過(guò)100萬(wàn)輛，伴隨而來(lái)的是電動(dòng)汽車電池退役量逐漸增大，到2020年退役量將達(dá)到20GWh，到2025年預(yù)計(jì)將達(dá)到90GWh。如此大量的退役的動(dòng)力電池，梯次利用是非常有必要的。

 

　　所謂梯次利用就是將退役的動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)重新的適配，在一些相對(duì)來(lái)說(shuō)利用率比較低的場(chǎng)合再次利用，目前梯次利用有三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合，第一是梯次電動(dòng)車，第二是電網(wǎng)儲(chǔ)能，第三是通訊基站的應(yīng)用。

 

　　對(duì)于梯次利用的意義，我們總結(jié)主要有三個(gè)方面，一是它能延長(zhǎng)整個(gè)電池的使用壽命，提高全壽命周期使用的價(jià)值，如果在梯次利用這個(gè)階段中電池仍然能夠獲利，它也可以變相降低在電動(dòng)汽車這個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的時(shí)候采購(gòu)電池的成本；第二方面就是在儲(chǔ)能方面，如果梯次利用能夠應(yīng)用于電網(wǎng)儲(chǔ)能，與新電池相比，它就會(huì)降低儲(chǔ)能工程的造價(jià)，也就降低在儲(chǔ)能這個(gè)環(huán)節(jié)中用戶用電的成本；第三方面是體現(xiàn)了對(duì)資源的充分利用，具有比較好的環(huán)境效益。

 

　　目前在梯次利用這個(gè)行業(yè)當(dāng)中，國(guó)內(nèi)和國(guó)際上做了不少的示范工程，在國(guó)內(nèi)主要有比亞迪、北汽新能源、鐵塔集團(tuán)，還有國(guó)家電網(wǎng)公司、南網(wǎng)等等都做了一些示范工程，國(guó)外主體是車廠為主的，比如說(shuō)通用、尼桑、寶馬等等。目前在梯次利用方面主要開(kāi)展的技術(shù)，主要的技術(shù)環(huán)節(jié)包括電池狀態(tài)的評(píng)估，電池從電動(dòng)車上退下來(lái)以后，它的健康狀態(tài)是什么樣的，還有多少的可以應(yīng)用的價(jià)值，再一個(gè)是分選重組，還有一個(gè)是梯次利用的電池安全性是有所降低的，在安全管理方面還要做一些工作。分析國(guó)內(nèi)和國(guó)際在技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)講，基本上可以判斷有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，第一是梯次利用電池從最初期的將電池拆解為單體的應(yīng)用，發(fā)展到目前主流的技術(shù)趨勢(shì)是整模組的應(yīng)用。第二個(gè)趨勢(shì)是示范工程的規(guī)模從最開(kāi)始的千瓦級(jí)到現(xiàn)在的兆瓦級(jí)。

 

　　目前我們認(rèn)為在電力儲(chǔ)能的應(yīng)用是大規(guī)模消納退役電池應(yīng)用的一個(gè)有效的手段，目前新能源發(fā)電大概可以消納120GWh的退役電池，梯次利用電池給電力低成本化帶來(lái)了機(jī)遇。目前對(duì)于梯次利用電池在電力儲(chǔ)能方面還有一個(gè)比較顯著的優(yōu)勢(shì)，就是因?yàn)殡娏��?chǔ)能的場(chǎng)景非常豐富，可以為不同性能曾經(jīng)的退役電池提供一些應(yīng)用的場(chǎng)景。這里列了5個(gè)主要的場(chǎng)景，我就不再細(xì)說(shuō)了。

 

　　第二方面介紹一下我們?cè)谶@幾年當(dāng)中，在梯次利用電池方面做的部分工作。

 

　　我們依托2016年獲批的新能源儲(chǔ)能并網(wǎng)運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，我們?cè)谔荽卫�用方面做了狀態(tài)評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)、系統(tǒng)集成、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)等等的研究工作，我們?cè)趶埍眱?chǔ)能實(shí)驗(yàn)基地當(dāng)中也做了幾個(gè)示范的工程，今天我介紹部分的工作。

 

　　我們主要是針對(duì)三類電池做了研究，一種電池是2008年奧運(yùn)會(huì)電動(dòng)汽車上退役下來(lái)的電池，這是錳酸鋰的電池，是2012年退役的。第二類是是深圳K9電動(dòng)車上用的電池，這是2015年退役的電池，第三是青島薛家島電動(dòng)車上退下來(lái)的電池，這是2016年退役的。

 

　　退役的錳酸鋰電池，就是2012年退役的這類電池，我們經(jīng)過(guò)測(cè)試這些電池的主體容量是55安時(shí)左右，理論上電動(dòng)車上用到80%就會(huì)退役，但是這個(gè)電池到我們這里只有50%—60%的容量。從內(nèi)阻上也可以看到它的分散比較大，初始內(nèi)阻，新電池是0.5—0.6，退役下來(lái)分散的比較大，最大的都到1.5豪歐，所以我們把它分成了大概6個(gè)檔位。從容量的保持率來(lái)講，應(yīng)該講大概一半以上的電池容量保持率還是比較不錯(cuò)的，大概能占到95%以上。

 

　　我們測(cè)了這個(gè)電池的倍率和溫升特性，從發(fā)熱量來(lái)看，在50安培電流下，溫升大概在5度左右。我們根據(jù)這個(gè)電池測(cè)算了它的實(shí)際使用壽命，我們選了其中一個(gè)場(chǎng)景，是UPS工況下，我們做了適應(yīng)性的評(píng)測(cè)，我們算了容量保持率和擱置的公式，在UPS工況下，這個(gè)電池預(yù)期的使用壽命大概是3年。而作為移峰填谷應(yīng)用的測(cè)評(píng)，如果這個(gè)電池在移峰填谷的情況下，它的使用壽命大概1500次。作為平滑的工況來(lái)講，我們選了四個(gè)電池，一個(gè)是容量大概相同，內(nèi)阻不同的，二是內(nèi)阻差不多的，容量有所變化的，在平滑工況下做了預(yù)測(cè)，可以看到這個(gè)電池在平滑工況下的表現(xiàn)性能不太好，從這個(gè)圖上可以看到容量的保持率比較差。

 

　　我們對(duì)這個(gè)電池參照2006年的標(biāo)準(zhǔn)做了7項(xiàng)安全性的測(cè)試，這個(gè)電池在7項(xiàng)安全性測(cè)試下都是能夠通過(guò)的，能夠做到不起火、不爆炸。因?yàn)檫@款電池我們做了一個(gè)儲(chǔ)能的系統(tǒng)，裝在大興電動(dòng)出租車充換電站，這一款產(chǎn)品在參與運(yùn)營(yíng)以后，循環(huán)了不到100次，電池性能急劇降低，就是電池的一致性分散過(guò)大，快速分散，這個(gè)電池我們?cè)诮M裝的時(shí)候，是把它拆成了單體，經(jīng)過(guò)了非常細(xì)的分選、重組，又組成了新的模塊和系統(tǒng)，即便是這樣，它的性能也急劇下降。因此我們可以基本判斷，大概在2012年以前生產(chǎn)的咸吃，因?yàn)楸旧砩�產(chǎn)能力所限，所以當(dāng)年生產(chǎn)的電池梯次利用的價(jià)值是不大的。

 

　　下面再看第二款電池，200安時(shí)的磷酸鐵鋰電池，這是K9公交車上退役的電池。初始的時(shí)候是200安時(shí)，到我們手上大概是150到160，可以看到這個(gè)電池的分散性很小，一致性還比較好，容量基本上是在145到160之間，內(nèi)阻增大幅度也不大，容量保持率也是很好的，80%的電池容量保持率還能在97%到98%。

 

　　可以看到這個(gè)電池在充放電過(guò)程中的性能還是不錯(cuò)的。從望升特性來(lái)講，在0.5C、1C和2C我們測(cè)了一下，在0.5C狀態(tài)下大概溫升2度，1C升溫超過(guò)5度，2C溫升超過(guò)10度，因此我們建議考慮到它的安全使用性，溫升應(yīng)該控制在5度以內(nèi)。

 

　　在安全性測(cè)試當(dāng)中，電池也出現(xiàn)了鼓脹的現(xiàn)象，但是通過(guò)這些安全性測(cè)試，都沒(méi)有問(wèn)題。

 

　　我們重點(diǎn)關(guān)注電池的壽命分析，這個(gè)電池我們做過(guò)百分之百的DOD，全充全放的，80%DOD和20%DOD，可以看到這個(gè)電池在百分之百DOD的情況下，測(cè)了4000次的循環(huán)，容量仍然有93%，80%DOD測(cè)試5000次，容量還有91%。

 

　　針對(duì)這款電池我們建設(shè)了一套250千瓦/1兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，這套系統(tǒng)安裝在國(guó)家電網(wǎng)張北儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)基地的儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中。這個(gè)主要是用于平滑風(fēng)電，做一些調(diào)頻，這個(gè)系統(tǒng)從2016年3月份安裝到現(xiàn)在將近一年半的時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行還是比較穩(wěn)定的。

 

　　第三款電池是磷酸鐵鋰電池，是青島退下來(lái)的電池，這個(gè)電池初始容量是22安時(shí)，退役下來(lái)以后，60%的電池容量在19安時(shí)以上，分散度也不算高，有將近70%的電池列組是在3到4之間。同樣我們也測(cè)了它的倍率和溫升情況，可以看到基本上這個(gè)電池在0.5C下面溫升在1度左右，1C溫升也不超過(guò)3度，在這樣的情況下，0.5C、1C使用都沒(méi)問(wèn)題。

 

　　再一個(gè)是高低溫的充放電特性�？梢钥吹竭@個(gè)電池的充電在0度狀況下也能充到必90%。同樣氣象的安全性測(cè)試也沒(méi)有問(wèn)題。

 

　　壽命特性，這個(gè)電池百分之百DOD循環(huán)1400次以后，容量保持率大概在93%，80%的DOD循環(huán)2000次，容量保持率大概在90%左右，28天的自放電的擱置性能也是不錯(cuò)的，大概在98%。

 

　　這款電池現(xiàn)在由許繼集團(tuán)負(fù)責(zé)工程建設(shè)，電科院提供技術(shù)支持，做一套3MW/9MWh的系統(tǒng)，目前計(jì)劃安裝在國(guó)家風(fēng)廣儲(chǔ)輸示范工程二期，主要做風(fēng)電平滑、光伏消納、跟蹤計(jì)劃，這個(gè)系統(tǒng)目前正在安裝調(diào)試當(dāng)中。

 

　　最后根據(jù)我們這幾年做的工作做一些總結(jié)。首先我們認(rèn)為并不是所有的動(dòng)力電池都適合做梯次利用，像我們前面介紹到的第一個(gè)示范工程，可以看到基本上在年份比較早(2012年以前)的電池，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的電池本身的技術(shù)水平和制備水平不高，經(jīng)過(guò)電動(dòng)汽車應(yīng)用階段以后，梯次利用價(jià)值比較低，而且安全隱患比較大。第二是梯次利用國(guó)家當(dāng)中，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，像快速的性能評(píng)估技術(shù)，包括健康狀態(tài)的評(píng)估和殘值的評(píng)估。第二是低成本的分選重組，在梯次利用這個(gè)階段當(dāng)中，低成本我們認(rèn)為是最關(guān)鍵的一項(xiàng)指標(biāo)，因?yàn)楸旧砭褪且獙?shí)現(xiàn)它的低成本，如果在各個(gè)環(huán)節(jié)中的成本降不下來(lái)的話，很難跟棄電競(jìng)爭(zhēng)。再一個(gè)是由于它的安全隱患有可能比新電池增加，所以在梯次利用當(dāng)中，安全的預(yù)警，包括后期的安全的防護(hù)比新電池更要考慮得周全一些。第三是對(duì)不同狀態(tài)的退役動(dòng)力電池，應(yīng)該選擇合適的應(yīng)用場(chǎng)景，在電力儲(chǔ)能這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，可以根據(jù)不同性能的梯次利用電池給它一定的場(chǎng)景，保證電池安全使用的情況下，盡可能發(fā)揮各個(gè)階段梯次利用的剩余價(jià)值。

 

　　對(duì)于這個(gè)技術(shù)的展望來(lái)講，首先對(duì)于退役電池來(lái)講，它的性能肯定是越來(lái)越好，從剛才我們做的示范工程可以看到，像我們介紹的后面兩個(gè)示范工程還是很不錯(cuò)的，性能會(huì)越來(lái)越好，同時(shí)價(jià)格會(huì)不斷地降低。第二方面，動(dòng)力電池整個(gè)這套歷史數(shù)據(jù)、通訊協(xié)議、梯次利用電池再退役的環(huán)節(jié)現(xiàn)在考慮的越來(lái)越完善，現(xiàn)在很多企業(yè)已經(jīng)有意識(shí)，在做動(dòng)力電池應(yīng)用之時(shí)就考慮好將來(lái)退役后的梯次利用階段，所以相對(duì)來(lái)講可以降低梯次利用整個(gè)環(huán)節(jié)的成本，提高它的經(jīng)濟(jì)性。國(guó)家這兩年對(duì)梯次利用的扶持力度也很大，從2016年到2018年，國(guó)家各個(gè)部委相繼出臺(tái)了將近15項(xiàng)政策，提到了梯次利用，可以說(shuō)國(guó)家層面對(duì)這個(gè)事還是很重視的，另外國(guó)家的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃也部署了相關(guān)的內(nèi)容。也就是說(shuō)現(xiàn)在從技術(shù)層面和在政策層面上的支持，我們認(rèn)為梯次利用技術(shù)在電力儲(chǔ)能方面還是很有發(fā)展前景的。