鉅大LARGE | 點擊量：745次 | 2022年08月12日
退役動力鋰電池的梯次儲能利用才是未來發(fā)展趨勢
5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開，來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
華北電力大學教授鄭重在儲能電池專場，發(fā)表了題為退役動力電池的梯次儲能利用的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
鄭重：大家好!我的演講分為四方面：一是關(guān)于電動汽車及電池儲能的關(guān)系;二是梯次利用中主要問題;三是電池分選與檢測;四是熱插拔式電池儲能方式。
前面有專家介紹了很多電動汽車和電池儲能，現(xiàn)在由于電動汽車的推廣，導致大量動力電池會被逐步淘汰。如果直接進行材料的回收，有很大的容量會被浪費掉。我們想能否在中間插入一點，正常情況下是動力電池制造、電動汽車應用和材料回收。我們中間可以加入梯次利用的環(huán)節(jié)，我們的材料依然可以回收，對回收的成本不產(chǎn)生任何影響。我們有三元電池和鐵鋰電池，不同的廠家和不同的應用行業(yè)，關(guān)于電池，很多數(shù)據(jù)和看法不太一致?，F(xiàn)在整個行業(yè)的分散性比較大，如果是三元材料，本身的材料回收價格比較高，循環(huán)壽命相對短，我們直接用費了再回收。鐵鋰本身回收的價值不像三元那么大，大家更傾向于做梯次利用。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
關(guān)于儲能技術(shù)的介紹，包括儲能技術(shù)、不同的電池技術(shù)、性能利用領(lǐng)域等。電力系統(tǒng)的典型應用，一是削峰填谷;二是提高新能源發(fā)電，形成可靠性保障，保證調(diào)峰、調(diào)頻、斜坡處理等。
這是美國DOE統(tǒng)計的儲能應用情況，這是特斯拉統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在儲能系統(tǒng)里，最大的是儲能這一塊。從2013年開始的新應用里，大概一半是電池，其他的非輪的比例占比比較少。
電力儲能應用方向，我們解決風電、發(fā)電、頻繁輸出的問題。特斯拉Powerwall解決供電問題，不同的峰谷電差的值比較大，所以居民直接用家用儲能系統(tǒng)。
這是我們收集全世界不同的儲能應用，這是ABB做成的飛輪儲能。這是Xcel在科羅拉多供電局，機場的儲能系統(tǒng);這是54kW的系統(tǒng);這是英國GE做的儲能系統(tǒng);這是康涅狄格做的系統(tǒng)。他們的儲能和風電結(jié)合，這是SanDiego2017年3月份做的30MW、120MWh的系統(tǒng)，很快被特斯拉超越了。這是ABB做的第一套鋰電池儲能裝置，目標是2025年實現(xiàn)零碳排放，他們把電網(wǎng)的構(gòu)架支撐起來。這也是ABB的，它提供轉(zhuǎn)動慣性。這用的是鈉硫電池，南加州的。
去年年底，特斯拉跟澳洲打賭100天能建成一個電站，確實100天建成了。簽約時電站已經(jīng)建成一半了，當月LoyYang電廠兩次跳閘，特斯拉儲能系統(tǒng)分別在4秒和0.14秒內(nèi)響應。
我們跟很多電池廠商打交道，他們的儲能電池大部分銷往美國、澳洲等國家?，F(xiàn)在國內(nèi)盈利模式不清晰，新電池成本大概是0.6元/度次，梯次電池的成本的計算方式，當梯次電池不值錢時成本為0，人家直接給你。現(xiàn)在大家開始做梯次，梯次的成本從0到新電池成本來回流動，取決于需求關(guān)系。雙向換流器件大概是0.2元，成本不太高，軟件成本分攤比較低，所以沒有考慮它?，F(xiàn)在大概是0.8元/度次?？紤]損耗，通過DC/DC、DCS等五個環(huán)節(jié)出去，考慮高頻變壓器，一進一出過兩次高頻變壓器。你還有DOD，取小一點對充放電的次數(shù)會更多，不一定是虧本生意，對資金回收更慢，充放電的量少，要考慮資金成本、場地成本、運維費用等，加起來肯定超過1元。國內(nèi)新的項目是示范項目，給大家看看技術(shù)上可以儲備，成本不好計算。北京是全國所有城市里峰谷價差最大的，將近1元。國內(nèi)能明確算帳的只有峰谷價差，其余的是擴容、增容、熱備用、旋轉(zhuǎn)備用、供電可靠性提高、斜坡處理等，這在國外是算錢的，但國內(nèi)沒有公認的價格，你可以說很高，他可以說很低，沒有可行的操作模式，目前國內(nèi)新電池不太掙錢，儲能電池現(xiàn)在想掙錢一樣很難。
技術(shù)發(fā)展方向，這是美國忽悠曲線，所有新技術(shù)開始有很長的撫育期，突然有一天上來了，這是忽悠的尖峰，很快泡沫破裂。梯次利用的占比太小，人家沒有畫出來。根據(jù)國內(nèi)所有的政策和企業(yè)，基本往峰頂沖刺。這對我們搞研究來說并不是好事，在技術(shù)還沒成熟的時候推向市場會出很多問題。
2017-2018年出臺了相關(guān)政策和規(guī)定，什么東西都怕過熱，一旦政府插入，政府出補貼，這個行業(yè)立刻就會變亂。
儲能利用有很多，可以用在低速電動車、電動自行車、電動工程車、UPS陣列、電動工具、電動玩具。電池退役后，最大的問題并不是電池本身的問題，容量在于不一致性上。這意味著我不可能大規(guī)模使用，如果我有小規(guī)模使用的場所，利用退役的電池是非常好的方向?，F(xiàn)在汽車的發(fā)展使電池價格下降，梯次電池數(shù)量增大，梯次利用成為可能。模式在進一步的摸索中。
梯次利用，這是電池儲能的標準，也有比亞迪的應用方式。右上角是電池的主要結(jié)構(gòu)，電池本身電壓太低，大部分應用要靠并聯(lián)、串聯(lián)使用，一旦電池開始衰減，不一致性明顯增強。不一致性帶電池使用環(huán)境里會逐步惡化，這是我們面臨的主要問題。溫度不一樣，電池容量隨著時間下降，下降的方式和速度完全不一樣。電池內(nèi)阻變化方式不一樣，正負極容量、下降循環(huán)方式也不太一樣。這是木板效應，所有的電池串并聯(lián)在一起，由于內(nèi)阻不一樣，導致分流、分壓、進出電量不一樣，對于某一個電池已經(jīng)做到極限，另一個電池并沒有達到滿負荷狀態(tài)。
這是我們做的研究，我們用6塊電池研究不同的方式，比如三串兩并、六串等，在不同拓撲結(jié)構(gòu)的情況下，內(nèi)阻、電壓等不一致，對電壓、電流、容量的輸出，對不一致性的惡化有指標的衡量。我們考慮了不同的分辨倍率下，1C、0.5C等，我們可以溫度低到10度，高到40度?？紤]所有放電倍率的影響，所有電池拿過來不一致性比較強，根據(jù)類組、容量挑選。我們把所有的方法做了基于K-mean聚類，可以重新分選和存儲的方法。退役電池主要問題是不一致性太大，不一致性導致我們不能直接串并聯(lián)，下面著重介紹分選檢測的內(nèi)容。
電池分選有國標，國標非常復雜，要做充放電循環(huán)，過程中要靜置一段時間，一個電池做下來將近30小時，每個電池對應一套檢測設(shè)備，哪怕檢測設(shè)備是多通道的?，F(xiàn)在標準理論上成立，實際上可操作性非常差，我們考慮其他方法，不同的SOH下電池的OCV曲線，我們想跟車廠合作做不同的充放電曲線，我知道這個電池一輩子所有的充放電數(shù)據(jù)，根據(jù)這個可以推出電池SOC、容量、SOH、循環(huán)壽命等，根據(jù)所有的表現(xiàn)推斷數(shù)據(jù)可靠性會更高。
我們可以根據(jù)阻抗特性，我們用得更多的是阻抗譜，它本身有歐姆電阻和極放電阻，在不同的SOC、不同溫度、不同充放電狀態(tài)，對應的虛線也不一樣。我們希望在比較短的時間里測量電池阻抗譜，一一對應下來。阻抗譜有兩種方式，慢的大概在兩三個小時測量好特性，快的大概半個小時內(nèi)把事情做完。通過提供新的思路，快速判斷電池的特性，進行相應的挑選、重組等。我們可以利用空間電荷分布的方法，不同的電池對應鋰離子空間解析的電荷分布不一樣，我們通過測量整個空間的鋰離子的空間分布狀況，反映出狀態(tài)和對應的壽命，這個方法的速度會更快。這是我們推出的快速檢測和存儲的方法。
現(xiàn)在電池串并聯(lián)體系依賴于電池的一致性，我們退役電池這一塊比較差?，F(xiàn)有的國標檢測標準耗時太長，可操作性太差。
介紹新電池儲能方式，常規(guī)儲能方式是把儲能化作為儲能電池組，整個串并聯(lián)在一起進行儲能單元控制，好處是控制起來比較簡單，一個電池組出來就可以了。新電池的一致性非常好，衰減步履一致。對于梯次利用的電池，我的電池來自于不同的廠家、不同的品牌、不同的車輛，基本無法堆起來。我們可以考慮用分散的方式，我的電池組通過DC/DC接入到母線上，通過DCAC解到AC的母線上。通過DC/DC和DCAC做了隔離，電池之間的不一致性被消除。
另一個方式是把NAC，好處是去掉高頻變壓器，用直連的方式把電壓推起來。用于梯次儲能利用最大的好處是不需要測量電池不一致性，做到熱插拔。優(yōu)點是對電池做到物盡其用，缺點是控制非常復雜，PCS變流器環(huán)節(jié)比集中試變流器成本較高。這是我們的參考文獻。
