钜大LARGE | 点击量：1808次 | 2018年06月02日
退役动力电池的梯次储能利用才是未来发展趋势
5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开，来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。
华北电力大学教授郑重在储能电池专场，发表了题为"退役动力电池的梯次储能利用"的精彩演讲。
演讲内容如下：
郑重：大家好!我的演讲分为四方面：一是关于电动汽车及电池储能的关系;二是梯次利用中主要问题;三是电池分选与检测;四是热插拔式电池储能方式。
前面有专家介绍了很多电动汽车和电池储能，现在由于电动汽车的推广，导致大量动力电池会被逐步淘汰。如果直接进行材料的回收，有很大的容量会被浪费掉。我们想能否在中间插入一点，正常情况下是动力电池制造、电动汽车应用和材料回收。我们中间可以加入梯次利用的环节，我们的材料依然可以回收，对回收的成本不产生任何影响。我们有三元电池和铁锂电池，不同的厂家和不同的应用行业，关于电池，很多数据和看法不太一致。现在整个行业的分散性比较大，如果是三元材料，本身的材料回收价格比较高，循环寿命相对短，我们直接用费了再回收。铁锂本身回收的价值不像三元那么大，大家更倾向于做梯次利用。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
关于储能技术的介绍，包括储能技术、不同的电池技术、性能利用领域等。电力系统的典型应用，一是削峰填谷;二是提高新能源发电，形成可靠性保障，保证调峰、调频、斜坡处理等。
这是美国DOE统计的储能应用情况，这是特斯拉统计数据。在储能系统里，最大的是储能这一块。从2013年开始的新应用里，大概一半是电池，其他的非轮的比例占比比较少。
电力储能应用方向，我们解决风电、发电、频繁输出的问题。特斯拉Powerwall解决供电问题，不同的峰谷电差的值比较大，所以居民直接用家用储能系统。
这是我们收集全世界不同的储能应用，这是ABB做成的飞轮储能。这是Xcel在科罗拉多供电局，机场的储能系统;这是54kW的系统;这是英国GE做的储能系统;这是康涅狄格做的系统。他们的储能和风电结合，这是SanDiego2017年3月份做的30MW、120MWh的系统，很快被特斯拉超越了。这是ABB做的第一套锂电池储能装置，目标是2025年实现零碳排放，他们把电网的构架支撑起来。这也是ABB的，它提供转动惯性。这用的是钠硫电池，南加州的。
去年年底，特斯拉跟澳洲打赌100天能建成一个电站，确实100天建成了。签约时电站已经建成一半了，当月LoyYang电厂两次跳闸，特斯拉储能系统分别在4秒和0.14秒内响应。
我们跟很多电池厂商打交道，他们的储能电池大部分销往美国、澳洲等国家。现在国内盈利模式不清晰，新电池成本大概是0.6元/度次，梯次电池的成本的计算方式，当梯次电池不值钱时成本为0，人家直接给你。现在大家开始做梯次，梯次的成本从0到新电池成本来回流动，取决于需求关系。双向换流器件大概是0.2元，成本不太高，软件成本分摊比较低，所以没有考虑它。现在大概是0.8元/度次。考虑损耗，通过DC/DC、DCS等五个环节出去，考虑高频变压器，一进一出过两次高频变压器。你还有DOD，取小一点对充放电的次数会更多，不一定是亏本生意，对资金回收更慢，充放电的量少，要考虑资金成本、场地成本、运维费用等，加起来肯定超过1元。国内新的项目是示范项目，给大家看看技术上可以储备，成本不好计算。北京是全国所有城市里峰谷价差最大的，将近1元。国内能明确算帐的只有峰谷价差，其余的是扩容、增容、热备用、旋转备用、供电可靠性提高、斜坡处理等，这在国外是算钱的，但国内没有公认的价格，你可以说很高，他可以说很低，没有可行的操作模式，目前国内新电池不太挣钱，储能电池现在想挣钱一样很难。
技术发展方向，这是美国忽悠曲线，所有新技术开始有很长的抚育期，突然有一天上来了，这是忽悠的尖峰，很快泡沫破裂。梯次利用的占比太小，人家没有画出来。根据国内所有的政策和企业，基本往峰顶冲刺。这对我们搞研究来说并不是好事，在技术还没成熟的时候推向市场会出很多问题。
2017-2018年出台了相关政策和规定，什么东西都怕过热，一旦政府插入，政府出补贴，这个行业立刻就会变乱。
储能利用有很多，可以用在低速电动车、电动自行车、电动工程车、UPS阵列、电动工具、电动玩具。电池退役后，最大的问题并不是电池本身的问题，容量在于不一致性上。这意味着我不可能大规模使用，如果我有小规模使用的场所，利用退役的电池是非常好的方向。现在汽车的发展使电池价格下降，梯次电池数量增大，梯次利用成为可能。模式在进一步的摸索中。
梯次利用，这是电池储能的标准，也有比亚迪的应用方式。右上角是电池的主要结构，电池本身电压太低，大部分应用要靠并联、串联使用，一旦电池开始衰减，不一致性明显增强。不一致性带电池使用环境里会逐步恶化，这是我们面临的主要问题。温度不一样，电池容量随着时间下降，下降的方式和速度完全不一样。电池内阻变化方式不一样，正负极容量、下降循环方式也不太一样。这是木板效应，所有的电池串并联在一起，由于内阻不一样，导致分流、分压、进出电量不一样，对于某一个电池已经做到极限，另一个电池并没有达到满负荷状态。
这是我们做的研究，我们用6块电池研究不同的方式，比如三串两并、六串等，在不同拓扑结构的情况下，内阻、电压等不一致，对电压、电流、容量的输出，对不一致性的恶化有指标的衡量。我们考虑了不同的分辨倍率下，1C、0.5C等，我们可以温度低到10度，高到40度。考虑所有放电倍率的影响，所有电池拿过来不一致性比较强，根据类组、容量挑选。我们把所有的方法做了基于K-mean聚类，可以重新分选和存储的方法。退役电池主要问题是不一致性太大，不一致性导致我们不能直接串并联，下面着重介绍分选检测的内容。
电池分选有国标，国标非常复杂，要做充放电循环，过程中要静置一段时间，一个电池做下来将近30小时，每个电池对应一套检测设备，哪怕检测设备是多通道的。现在标准理论上成立，实际上可操作性非常差，我们考虑其他方法，不同的SOH下电池的OCV曲线，我们想跟车厂合作做不同的充放电曲线，我知道这个电池一辈子所有的充放电数据，根据这个可以推出电池SOC、容量、SOH、循环寿命等，根据所有的表现推断数据可靠性会更高。
我们可以根据阻抗特性，我们用得更多的是阻抗谱，它本身有欧姆电阻和极放电阻，在不同的SOC、不同温度、不同充放电状态，对应的虚线也不一样。我们希望在比较短的时间里测量电池阻抗谱，一一对应下来。阻抗谱有两种方式，慢的大概在两三个小时测量好特性，快的大概半个小时内把事情做完。通过提供新的思路，快速判断电池的特性，进行相应的挑选、重组等。我们可以利用空间电荷分布的方法，不同的电池对应锂离子空间解析的电荷分布不一样，我们通过测量整个空间的锂离子的空间分布状况，反映出状态和对应的寿命，这个方法的速度会更快。这是我们推出的快速检测和存储的方法。
现在电池串并联体系依赖于电池的一致性，我们退役电池这一块比较差。现有的国标检测标准耗时太长，可操作性太差。
介绍新电池储能方式，常规储能方式是把储能化作为储能电池组，整个串并联在一起进行储能单元控制，好处是控制起来比较简单，一个电池组出来就可以了。新电池的一致性非常好，衰减步履一致。对于梯次利用的电池，我的电池来自于不同的厂家、不同的品牌、不同的车辆，基本无法堆起来。我们可以考虑用分散的方式，我的电池组通过DC/DC接入到母线上，通过DCAC解到AC的母线上。通过DC/DC和DCAC做了隔离，电池之间的不一致性被消除。
另一个方式是把NAC，好处是去掉高频变压器，用直连的方式把电压推起来。用于梯次储能利用最大的好处是不需要测量电池不一致性，做到热插拔。优点是对电池做到物尽其用，缺点是控制非常复杂，PCS变流器环节比集中试变流器成本较高。这是我们的参考文献。
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