基于研究及应用基础的动力电池梯次利用再认识赵光金博士/教高国网河南省电力公司电力科学研究院国家电网公司电网废弃物资源处理技术实验室gjzhao@iccas.ac.cn0371-67908285/15136216630二零一九年四月杭州1再认识梯次利用2已有研究及应用基础1总结与展望4产业化的几点思考32一、已有研究及应用基础1、建立了退役电池本体特性评价方法外观特性(2012年左右退运电池）衰减特性及离散性—剩余容量可观，一致性有所下降3（一）分析测试公交大巴，换电模式运行5年后的退役电池出租车，投运4年后的退役电池2015年退运电池2016年退运电池1、建立了退役电池本体特性评价方法容量离散性（一）分析测试一、已有研究及应用基础4公交大巴换电模式，投运5年后退役；56个模块，单个模块2串12并（6.4V，264Ah），单体22Ah；软包磷酸铁锂；70%剩余容量占89%；80%剩余容量占44%。退役电池模组性能测试分析1、建立了退役电池本体特性评价方法（一）分析测试一、已有研究及应用基础51、建立了退役电池本体特性评价方法容量循环衰减性能随机抽取5个模块，拆成单体电池，共计120支单体电池，从中随机抽取12支（#1~#12），共计循环2000次左右。退役电池容量衰减率与循环次数呈线性关系。其中#2电池的衰减率最大为7.38%，其次#3电池（6.33%）（一）分析测试一、已有研究及应用基础6容量循环衰减性能衰减拐点衰减突变1、建立了退役电池本体特性评价方法（一）分析测试一、已有研究及应用基础7退役电池衰减加速特征退役软包磷酸铁锂单体电池在1C充放电条件下循环700次，剩余容量为80%左右，循环700次以后电池容量下降非常明显，到780次时剩余容量仅剩2Ah左右68070072074076078080082084086002468101214161820容量/Ah循环次数1、建立了退役电池本体特性评价方法（一）分析测试容量循环衰减突变性能在循环至1242次之前，其衰减率平均为4.4%，且在1242次之前，容量衰减率与循环次数间保持较好的线性关系。循环至1243次及以后，容量衰减率突然增大近100%。12支单体电池循环2000次左右后，仅#1电池出现了上述衰减突变现象，发生概率为8.3%。一、已有研究及应用基础8-2000020004000600080001000012000140001.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6Voltage/VCapacity/Ah0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃-5℃-10℃-15℃68070072074076078080082084086002468101214161820容量/Ah循环次数-20020406080121416182022Capacity/AhTemperature/℃充放电特性—梯次利用适合于不超过1C的充放电倍率下工作91、建立了退役电池本体特性评价方法（一）分析测试第三方安全性测试——满足梯次利用要求一、已有研究及应用基础91、开发出退役电池梯次利用分选评估技术开发了利用工业CT、核磁成像等无损检测方法，并结合外特性分析测试手段的梯次利用分选评估方法，在不破坏电池的情况下更精确的判断电池内部的微短路，及微结构变化，提高了分选出电池的安全性和可靠性。（二）技术开发一、已有研究及应用基础10内阻容量隔膜孔隙率隔膜穿刺强度下降率1-5mΩ30%-40%不大于18%1C：500-700次循环后下降40-80%0.3C/0.5C:500-700次循环后下降5-15%；1000-2000次循环后下降50-80%50%-70%30%-50%10%-30%10%-20%串联，电压不超过60V。先并后串，并联数不超过5支，且电压不超过60V。串联，电压超过60V。先并后串，并联数5-10支，且电压超过60V。可用性判据可用性判据指标体系赋值权重可用性评价标准执行较低标准要求执行较高标准要求1、开发出退役电池梯次利用分选评估技术（二）技术开发一、已有研究及应用基础112、开发了退役电池梯次利用重组管理技术电池组放电时，启动主动均衡，此时被动均衡关闭。电池组放电至欠压，主动均衡结束。电池组充电时，先使用主动均衡对电芯进行能量搬移，在电芯电压接近过压点时，关闭主动均衡，启用被动均衡。退役电池智能分时混合均衡技术：通过硬件电路修改和矩阵搬移的软件算法，将主动均衡与被动均衡结合起来，实现了在不同的情况下使用不同均衡方式。（二）技术开发一、已有研究及应用基础122、开发了退役电池梯次利用重组管理技术（二）技术开发一、已有研究及应用基础13生产日期2012年批次不详应用场合出租车运行年限约4年运行公里约60万类型钢壳磷酸铁锂筛选标称0.3充放电，2个循环挑选时间15天总数量约200模组容量≥150AH模组串数8串1并容量数量150-15560155-16026160-16519165-17014170-1758175-1803180-1852合计132开发250kW2h的退役电池储能系统，应用于某新能源试验示范基地储能系统具备削峰填谷、并离网切换功能电池重组集成案例分析（三）系统集成一、已有研究及应用基础14电池重组集成案例分析（三）系统集成一、已有研究及应用基础15电池重组集成案例分析（三）系统集成一、已有研究及应用基础16电池重组集成案例分析-250kW/500kWh集成方案储能系统拓扑结构（三）系统集成一、已有研究及应用基础17（四）工程示范一、已有研究及应用基础18首次将退役电池梯次利用于变电站UPS电源家庭应急供电系统：3kW/3kWh，可多机并联，提供电力备份3kW移动式灌溉车：灵活轻便、工艺简单、操作维护方便首次将退役电池梯次利用于电动摩托车，实现试验示范（四）工程示范一、已有研究及应用基础19退役电池储能系统故障分析（五）典型故障一、已有研究及应用基础20再认识梯次利用2已有研究及应用基础1总结与展望4产业化的几点思考321梯次利用概念及定义动力电池SOH低于70～80%，不适合继续作为动力电池使用，应退出运行这类电池还具有较为理想的剩余容量，理论上可以再利用于储能系统二、再认识梯次利用基本概念22如何认识梯次利用梯次利用不是电池全寿命周期的必要环节没有强制回收，梯次利用无法市场化不能为了梯次利用而梯次利用，只有电池质量过硬、成本极低、应用场景高度匹配，才有开展梯次利用的必要性，缺一不可永远不要跟新电池比成本差，理论上，梯次利用电池应无偿获得，甚至逆向有偿获得二、再认识梯次利用基本概念23梯次利用是“伪命题”吗？技术上的研究、创新及示范，无可厚非，怎么做都有意义若电池在设计、生产、品控、使用等环节有缺陷，则梯次利用不背锅如果所有的指标都对标新电池，则梯次利用没法做但安全、可靠必须对标新电池，否则梯次利用没必要做二、再认识梯次利用基本概念24关于分选（筛选）外观检视是必要的不管怎么分选，一致性差是客观存在的，无法规避沿用新电池的分容定容思路，不可取，成本太高现阶段，快速分选技术还没有二、再认识梯次利用核心技术25关于重组集成给100个电池模组寻找一个统一的参量指标，是不现实的。尝试着将其分成五组，每组保证执行同一标准，但各组件不必强求一致利用逆变技术和系统设计新思路，电池的离散性可以解决的二、再认识梯次利用核心技术26关于均衡BMS无法解决退役电池先天的不一致，只能部分解决充放电过程的不一致性保证安全和出力的情况下，设定同一充放电截止条件，也许可行二、再认识梯次利用核心技术27关于梯次电池衰减及寿命梯次利用电池的衰减及其规律，不是梯次利用造成和独有的，因为电池还是那个电池单纯实验室研究梯次电池衰减规律没有意义，具体场景下的衰减特征才有借鉴性离开电池质量和梯次利用场景，去评价其二次利用寿命，没有意义二、再认识梯次利用核心技术28正确看待梯次利用储能系统梯次利用储能系统不能跑“马拉松”和“百米冲刺”储能系统不止有大规模储能，还有各种小规模/规格储能，当然小规模不是不可以汇聚成大规模没有证据证明梯次电池安全性一定有问题梯次利用储能系统运行过程个别模组劣化故障，很正常，新电池也存在，无非是几率和概率的问题二、再认识梯次利用产品与市场29可以再利用，但毕竟不是新电池梯次利用现状目前没有真正意义上的退役电池：绝大部分不是因容量正常衰减至80%而退役，而是各种各样原因产生了退运电池没有完整的示范运行数据，无法系统判断其安全、寿命及场景适应性示范项目居多，真正商业和生产运行的项目很少二、再认识梯次利用产品与市场30梯次利用困境量小、质差、不强制回收是市场化的最大障碍成本高企，与新电池储能比，没有显著的成本优势梯次利用过程产生的环境效益未体现在产品价值/价格中产品与市场二、再认识梯次利用理想很丰满，现实很骨感31梯次利用如何市场化退役电池量足够大，且强制回收无需拆解、筛选，模组直接使用电池制造质量和电动汽车运维水平显著提高无限期的免费售后更换（弥补寿命不足）寿命可观电池零成本重组低成本梯次利用如何可持续二、再认识梯次利用产品与市场32再认识梯次利用2已有研究及应用基础1总结与展望4产业化的几点思考333梯次利用机遇与挑战梯次利用机遇挑战大量电池退役储能需求与发展高度依附与依赖性成本优势不确定性寿命其他车新电池价格下降三、产业化的几点思考34梯次利用思路与原则最多拆解至模块乘用车可考虑整组直接利用多并少串以模组为筛选、重组单元适合百千瓦级及以下规模尤其直流电源、家庭储能等一致性好的可组成MWh级以中小规模储能系统为应用主流0.5C及以下更好合适的DOD环境温、湿度严格控制小倍率、浅充浅放工况动力电池梯次利用储能技术结构简单化技术标准化系统模块化三、产业化的几点思考35梯次利用参与主体引导、监督制造Pack信息公开应用易拆解设计退役回收数据收集规范开展规范、标准扶持优惠合理竞争三、产业化的几点思考36梯次利用关键点与难点电池分选评估技术集成方法与均衡技术运维与安全防护技术性能快速分选方法状态准确评估技术寿命可靠预判方法严谨合理的重组规范科学简单的拓扑结构高效可靠的均衡技术故障预警诊断技术事故阻断隔离方法劣化电池运维检修方法低成本、高安全、长寿命梯次利用储能系统三、产业化的几点思考37梯次利用商业应用模式三、产业化的几点思考38梯次利用低成本控制节点三、产业化的几点思考39理想的梯次利用技术经济性指标三、产业化的几点思考40再认识梯次利用2已有研究及应用基础1总结与展望4产业化的几点思考341四、总结与展望电池回收处理是必须要做的，进而可以几乎零成本持有电池，梯次利用才可真正市场化422019年04月43