赵光金-梯次利用再认识-new0417.pdf

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 gjzhaoiccas.ac.cn 0371-67908285/15136216630 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 3 2 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 5 1、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 （ 112） ， 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 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 容量 /A h 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 -2 0 0 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 1 .8 2 .0 2 .2 2 .4 2 .6 2 .8 3 .0 3 .2 3 .4 3 .6 V o lt a g e /V C a pa c i t y / A h 0 ℃ 1 0 ℃ 2 0 ℃ 3 0 ℃ 40 ℃ 5 0 ℃ 6 0 ℃ -5 ℃ -1 0 ℃ -1 5 ℃ 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 容量 /A h 循环次数 -2 0 0 20 40 60 80 12 14 16 18 20 22 C ap ac it y/ A h T e m p e r a tu r e /℃ 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 9 1、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 9 1、 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 1-5mΩ 30-40 不大于 18 1C 500-700次循环后下降 40-80 0.3C/0.5C500-700 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 11 2、 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 12 2、 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 150-155 60 155-160 26 160-165 19 165-170 14 170-175 8 175-180 3 180-185 2 合计 132  开发 250kW*2h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 3 21 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