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      在近日召開的“第八屆中國國際儲能大會上，中國電力科學研究院有限公司儲能電池本體技術研究室主任楊凱在儲能電站專場，發表了題為“梯次利用動力電池在電力儲能的應用研究”的精彩演講。

　　楊凱：大家好，我是來自中國電力科學研究院有限公司的楊凱，今天跟大家交流一下我們在梯次利用電池方面做的一些工作。因為梯次利用電池現在是一個比較熱門的話題，中國電科院從2012年開始一直到現在，大概做了五六年的工作，今天主要是就這個專題跟大家交流一下。首先了解梯次利用的技術背景，這個背景大家從各個領域了解的比較多了，因為我們國家的電動汽車現在進入了快速發展時期，2017年銷售了77.7萬輛，2018年預計將超過100萬輛，伴隨而來的是電動汽車電池退役量逐漸增大，到2020年退役量將達到20GWh，到2025年預計將達到90GWh。如此大量的退役的動力電池，梯次利用是非常有必要的。

 

　　所謂梯次利用就是將退役的動力電池經過重新的適配，在一些相對來說利用率比較低的場合再次利用，目前梯次利用有三個應用場合，第一是梯次電動車，第二是電網儲能，第三是通訊基站的應用。

 

　　對于梯次利用的意義，我們總結主要有三個方面，一是它能延長整個電池的使用壽命，提高全壽命周期使用的價值，如果在梯次利用這個階段中電池仍然能夠獲利，它也可以變相降低在電動汽車這個領域應用的時候采購電池的成本；第二方面就是在儲能方面，如果梯次利用能夠應用于電網儲能，與新電池相比，它就會降低儲能工程的造價，也就降低在儲能這個環節中用戶用電的成本；第三方面是體現了對資源的充分利用，具有比較好的環境效益。

 

　　目前在梯次利用這個行業當中，國內和國際上做了不少的示范工程，在國內主要有比亞迪、北汽新能源、鐵塔集團，還有國家電網公司、南網等等都做了一些示范工程，國外主體是車廠為主的，比如說通用、尼桑、寶馬等等。目前在梯次利用方面主要開展的技術，主要的技術環節包括電池狀態的評估，電池從電動車上退下來以后，它的健康狀態是什么樣的，還有多少的可以應用的價值，再一個是分選重組，還有一個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。分析國內和國際在技術發展趨勢上來講，基本上可以判斷有兩個發展趨勢，第一是梯次利用電池從最初期的將電池拆解為單體的應用，發展到目前主流的技術趨勢是整模組的應用。第二個趨勢是示范工程的規模從最開始的千瓦級到現在的兆瓦級。

 

　　目前我們認為在電力儲能的應用是大規模消納退役電池應用的一個有效的手段，目前新能源發電大概可以消納120GWh的退役電池，梯次利用電池給電力低成本化帶來了機遇。目前對于梯次利用電池在電力儲能方面還有一個比較顯著的優勢，就是因為電力儲能的場景非常豐富，可以為不同性能曾經的退役電池提供一些應用的場景。這里列了5個主要的場景，我就不再細說了。

 

　　第二方面介紹一下我們在這幾年當中，在梯次利用電池方面做的部分工作。

 

　　我們依托2016年獲批的新能源儲能并網運行控制國家重點實驗室，我們在梯次利用方面做了狀態評估、壽命預測、系統集成、經濟性評價等等的研究工作，我們在張北儲能實驗基地當中也做了幾個示范的工程，今天我介紹部分的工作。

 

　　我們主要是針對三類電池做了研究，一種電池是2008年奧運會電動汽車上退役下來的電池，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車上退下來的電池，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，我們經過測試這些電池的主體容量是55安時左右，理論上電動車上用到80%就會退役，但是這個電池到我們這里只有50%—60%的容量。從內阻上也可以看到它的分散比較大，初始內阻，新電池是0.5—0.6，退役下來分散的比較大，最大的都到1.5豪歐，所以我們把它分成了大概6個檔位。從容量的保持率來講，應該講大概一半以上的電池容量保持率還是比較不錯的，大概能占到95%以上。

 

　　我們測了這個電池的倍率和溫升特性，從發熱量來看，在50安培電流下，溫升大概在5度左右。我們根據這個電池測算了它的實際使用壽命，我們選了其中一個場景，是UPS工況下，我們做了適應性的評測，我們算了容量保持率和擱置的公式，在UPS工況下，這個電池預期的使用壽命大概是3年。而作為移峰填谷應用的測評，如果這個電池在移峰填谷的情況下，它的使用壽命大概1500次。作為平滑的工況來講，我們選了四個電池，一個是容量大概相同，內阻不同的，二是內阻差不多的，容量有所變化的，在平滑工況下做了預測，可以看到這個電池在平滑工況下的表現性能不太好，從這個圖上可以看到容量的保持率比較差。

 

　　我們對這個電池參照2006年的標準做了7項安全性的測試，這個電池在7項安全性測試下都是能夠通過的，能夠做到不起火、不爆炸。因為這款電池我們做了一個儲能的系統，裝在大興電動出租車充換電站，這一款產品在參與運營以后，循環了不到100次，電池性能急劇降低，就是電池的一致性分散過大，快速分散，這個電池我們在組裝的時候，是把它拆成了單體，經過了非常細的分選、重組，又組成了新的模塊和系統，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年以前生產的咸吃，因為本身生產能力所限，所以當年生產的電池梯次利用的價值是不大的。

 

　　下面再看第二款電池，200安時的磷酸鐵鋰電池，這是K9公交車上退役的電池。初始的時候是200安時，到我們手上大概是150到160，可以看到這個電池的分散性很小，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%。

 

　　可以看到這個電池在充放電過程中的性能還是不錯的。從望升特性來講，在0.5C、1C和2C我們測了一下，在0.5C狀態下大概溫升2度，1C升溫超過5度，2C溫升超過10度，因此我們建議考慮到它的安全使用性，溫升應該控制在5度以內。

 

　　在安全性測試當中，電池也出現了鼓脹的現象，但是通過這些安全性測試，都沒有問題。

 

　　我們重點關注電池的壽命分析，這個電池我們做過百分之百的DOD，全充全放的，80%DOD和20%DOD，可以看到這個電池在百分之百DOD的情況下，測了4000次的循環，容量仍然有93%，80%DOD測試5000次，容量還有91%。

 

　　針對這款電池我們建設了一套250千瓦/1兆瓦時的儲能系統，這套系統安裝在國家電網張北儲能實驗基地的儲能實驗室當中。這個主要是用于平滑風電，做一些調頻，這個系統從2016年3月份安裝到現在將近一年半的時間，系統運行還是比較穩定的。

 

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

 

　　再一個是高低溫的充放電特性。可以看到這個電池的充電在0度狀況下也能充到必90%。同樣氣象的安全性測試也沒有問題。

 

　　壽命特性，這個電池百分之百DOD循環1400次以后，容量保持率大概在93%，80%的DOD循環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的，大概在98%。

 

　　這款電池現在由許繼集團負責工程建設，電科院提供技術支持，做一套3MW/9MWh的系統，目前計劃安裝在國家風廣儲輸示范工程二期，主要做風電平滑、光伏消納、跟蹤計劃，這個系統目前正在安裝調試當中。

 

　　最后根據我們這幾年做的工作做一些總結。首先我們認為并不是所有的動力電池都適合做梯次利用，像我們前面介紹到的第一個示范工程，可以看到基本上在年份比較早(2012年以前)的電池，因為當時的電池本身的技術水平和制備水平不高，經過電動汽車應用階段以后，梯次利用價值比較低，而且安全隱患比較大。第二是梯次利用國家當中，一些關鍵技術還有待突破，像快速的性能評估技術，包括健康狀態的評估和殘值的評估。第二是低成本的分選重組，在梯次利用這個階段當中，低成本我們認為是最關鍵的一項指標，因為本身就是要實現它的低成本，如果在各個環節中的成本降不下來的話，很難跟棄電競爭。再一個是由于它的安全隱患有可能比新電池增加，所以在梯次利用當中，安全的預警，包括后期的安全的防護比新電池更要考慮得周全一些。第三是對不同狀態的退役動力電池，應該選擇合適的應用場景，在電力儲能這個領域當中，可以根據不同性能的梯次利用電池給它一定的場景，保證電池安全使用的情況下，盡可能發揮各個階段梯次利用的剩余價值。

 

　　對于這個技術的展望來講，首先對于退役電池來講，它的性能肯定是越來越好，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示范工程還是很不錯的，性能會越來越好，同時價格會不斷地降低。第二方面，動力電池整個這套歷史數據、通訊協議、梯次利用電池再退役的環節現在考慮的越來越完善，現在很多企業已經有意識，在做動力電池應用之時就考慮好將來退役后的梯次利用階段，所以相對來講可以降低梯次利用整個環節的成本，提高它的經濟性。國家這兩年對梯次利用的扶持力度也很大，從2016年到2018年，國家各個部委相繼出臺了將近15項政策，提到了梯次利用，可以說國家層面對這個事還是很重視的，另外國家的重點研發計劃也部署了相關的內容。也就是說現在從技術層面和在政策層面上的支持，我們認為梯次利用技術在電力儲能方面還是很有發展前景的。