钜大LARGE | 点击量：420次 | 2023年09月14日
煦达新能源张哺：退役动力锂电池梯次利用储能系统的实际运行分析
上海煦达新能源科技有限公司营销副总张哺
四月十七日，由电池联盟、我国电子节能技术协会电池专业委员会、我国高科技产业化研究会、清华大学、北京理工大学主办的第七届汽车动力蓄电池回收再生暨二次电池回收和再生技术研讨会在北京隆重召开，上海煦达新能源科技有限公司营销副总张哺在会上做了题为《退役动力锂电池梯次利用储能系统的实际运行分析》的演讲。以下为演讲全文。
（以下内容根据现场文字实录，未经发言人本人审阅，仅供参考）
大家下午好，我是来自上海煦达新能源的张哺。我们从2016年开始着重于在国内探索梯次储能的业务，到现在我们做的研究情况，还有商业化运营的实际情况，和大家做个汇报。
上海煦达新能源是2011年成立，成立之初是做光伏系统，原来是聚焦于海外市场，是做中小功率设备和电子设备器件的。原来海外市场重要是做光储系统，因为海外市场和国内市场的电价结构完全不相同，海外是居民电价是最贵的，其次才是工商业的，国内是反过来的，国内是工商业电价贵，其次是居民的，所以在海外，包括新能源，包括储能这块业务，包括德国、澳大利亚、英国这些市场都是互用小系统发展比较快，国内这块一般是工商业这层。我们还有一个关联公司是中恒云能源，它是做能源互联网平台，重要是光伏和新能源的业务。
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%
结合我们的背景，之前从事的是中小功率系统的，为何转到国内做梯次储能这块，也是2016年我们评估了一下目前新能源汽车发展态势，将来在国内储能市场有所发展的话，借鉴国外的相关经验，只不过是把国外户用市场判断放在国内的工商业判断，国内工商业层目前电价结构不足以支撑锂电池包括铅酸电池的大规模推广，什么时候才是机会呢？我们判断是新能源动力锂电池梯次利用。新能源汽车装车的时候有国家的补贴，退役阶段是这样的逻辑，退役电池并不是故障电池，只是在电动汽车上，在2015年是质保3年，3年只能完成几百次充放，正常情况下还有很长的循环寿命，这样下来以后还有更多的发挥价值的空间。
另外，这几年随着电池技术进步，循环寿命越来越长，因为现在我们跟几家整车厂做电池包设计的时候，不管三元电池还是磷酸铁锂，目前都聚焦于磷酸铁锂，但是现在有很多厂商三元电池包可以做到将近10到12年的整体寿命，BMS也不坏，到梯次利用的时候，BMS可以做一些小的接口，原装BMS不用动，可以作为梯次利用。所以我们觉得梯次利用在国内，在工商业场合，用于补贴过的，发挥过价值的电池，市场价格应该比较低一点，但是目前这个价格还没有低到我们想象的程度，因为之前的退役电池没有按照目前的规划，它装车的时候没有考虑梯次利用的设计，所以现在要重新利用起来，包括上海电气的同事讲的，现在整个检测、分容、重新配置，替换一些东西，这个成本还是刚性的，而且很难降。可能七八年的寿命期，五年回本，这个还是挺勉强的，目前来说。我们也是从电力电池功率转换器件到小微型EMS装置到远程的检测平台都有业务，微网级的EMS系统。
我着重介绍一下国内推的梯次利用项目的设计的思路，还有我们的想法。这是很过报告和研究机构公布的，国内电动汽车的产量，这几年哪怕退补，这也是上升态势，这个产业已经到了这个规模，另外一些城市还有污染的地方，对路权的限制，尤其是物流车，比如深圳，深圳去年物流车销量很火爆，为何，传统的柴油车燃油车不让你上了，物流公司必须要做周转，这个是刚性，这是不计成本肯定要上的。还有一些城市的限排，这些都是导致新能源汽车，哪怕价格现在短时间内不可能降的太快，但是它还会有爆发的底层逻辑在这里。这是乘用车、商用车大概的发展态势的预测。右边这个是2016年和上海发改委报了一个课题，梯次利用这方面研究的探索，那时候也是做了一系列的工作，拿到各种各样的梯次利用，铅酸的，磷酸铁锂，做了各种各样的测试，最终聚焦下来，2016年拿到的电池是2012年或者2011年投放的电池，那时候只有磷酸铁锂可用，假如锰酸锂做了几十次循环以后，曲线缩短的很厉害。因为电池最有用的那块就是平台期，平台期缩短，突然掉下来，容量可利用空间就会很低，而且电压也不稳。当时评估下来，这个比较理想，基本上80%是可用的，但是当时评估的时候，是电池里面都是正常退役的，不包含被撞过，包括意外损伤的。电池经过五年或者三五年循环以后，容量衰减到80%，输出还是正常，只不过输出特性不满足电动汽车电机功率的要求，正常退下来的，但是这个不可控的，优秀整车厂是非故障因素退下来的，当时估计80%是可用，这样的话市场空间还是挺大的。
项目方法，我们当时评估了很多电池厂，主机厂的，那时候的主流大家都在谈，2016年重要说电池再利用就是拆到电芯再打包，我们判断，拆包的成本就快赶上电芯的成本，再打包呢，下面电池比新电池还要贵，2016年一些大机构要做大项目的时候，他们投下去的梯次利用，他们的电池就是比新电池还要贵。那时候我们聚焦一个方法，就是坚决不能拆包，因为电池包里的模组都是并或串起来的结构，我们梯次利用一般常规的系统，就是四五百安时的电池模组，我们用的时候，基本上把电流降在四五十安，不超过六十安培，是原来额定的十分之一。换句话说，其实这个电池在我们手里用的时候就是给它做养老和维护，不是使用的工况。那时候还是要开箱以后，把BMS采样，所有BMS重新配置一遍，这就额外新增了成本。那时候评估下来电池成本，就是检测下来的整包成本，加上重新配置BMS的成本。从去年这块的成本大概在7毛多，能达到可用的，作为储能用的电池系统。
组串分布式系统架构逻辑就是这样，我们根据电池容量配置，因为从不同来源下来的电池，有些是大巴车的，物流车的，还有乘用车的，不同的车上下来的电池特性不相同，包括电压等级，安时数都不相同，我们是根据这种情况选配不同功率等级的PCS，为何切到这块，因为这不是集中式PCS，这块是我们业务的自然延伸。比如说大巴车的，大概150度电或者120度电左右，大概配20千瓦PCS，物流车大概90千瓦，EV单辆车十几度，几辆车连起来配的。在交流侧，把这个做并联，配置起来，从小的组串方式并成大的兆瓦级的，或者是集装箱式的储能系统。系统特点，一个是组串分布式，以20KW做的多，更好的实现灵活配置和高效管控。还有是汽车级的储能电池模组，高可用，高安全性。还有模块化设计，各支路独立运行，集中控制提高系统不停机维护性，故障影响低。还有就是动力锂电池梯次利用提高储能系统整体经济性，最大化锂电池循环寿命。目前它有几种价值体现的方式，一个是削峰填谷的方式，这是整个市场倒数第二差的方式，这不是很高价值的利用场景。配套用户侧还有蓄量管理，这重要是给电网作贡献了。还有动力锂电池成套设备会降低，实际上从我们现在了解下来，就算梯次利用时，那时候是整包的，现在有些动力锂电池整包拆成模组，实际上不同的梯次利用电池模组里还可以分等级，好的等级可以拿来拼，那个能量密度比新的储能电池甚至还要高。就是说，它的性能参差不齐，但是有些性能选出来可以做一些高价值，甚至总调频级的电源也是可以的。
我们的运行策略，一个是降低倍率，再就是平台期的两端做进一步的降额。目前从用户侧我们还没有太激进，梯次利用没敢用到配网侧，假如拿到更精确的数据，在梯次里再做一个分级，好一点做稍微大倍率的工作，做一些准电源级的，0.3C做削峰填谷，再降一点的就做一些每天一充一放的，再低一点的，能量密度更低了，就放在基站里，不考虑地域空间要素就做备电，每年放几十次的循环，定期做维护就行了。假如电池质量可靠的话，电池厂只要说我能把电池质量做得可靠，你不用担心后面的业务怎么延展，自动会做价值流的分配，从高端应用，再到电池车，再到微网配电，还有削峰填谷，再到基站备电，每一段都是它的一次销售。假如把电池设计结构更优化，更好，降低经济学的交易费用，每次的操作费用，每段的附加值是相当高的。
大家对梯次利用的时机表现怎么样，还是心存疑虑，大家做电池好解释一点，但是对用户来说还是难以转换这个思维。以我们最早投入的项目来看，这是一个兆瓦级的项目，从去年九月份到现在，已经有七八个月的运营数据，我们筛选出来它初装时和运营中段的数据，我们拿出来这个数据做一个比较，看看梯次利用储能性能表现到底怎么样。这个项目是九月份投入，正式投入是九月份，七月份就开始调试了，我们选了十月份一天，十二月份一天，三月份一天，看整套系统的变化，通过这段时间的衰减情况，差异的情况，都做一个归结。这是投在江苏的项目，那边的电价结构就是8小时的峰，8小时平，8小时谷，峰是分成两段，江苏这边一般都是一充两放，中间平的时候放电就行了。我们筛下来，一个是充电数据，一个是放电数据，十月份、十二月份和三月份，因为十二月份天气冷，包括集装箱空调不太那么给力，会对充放电指标有影响，充也没有平时充的多，放也放不了太多。九月份，十月份看不出任何的衰减。梯次的电池只要被分容装上来以后，比新电池衰减率低，毕竟在车上跑了几年，就是它已经比较瓷实了，没有虚浮的空间了。将近一年的数据来说，原来预测是3%到5%的衰减率，现在我们看不出来这个变化，就是衰减很不明显，后面的表现我也不敢下判断。系统效率，因为过了一冬天，空调加热会高一点，效率在85、86波动，也不会到87，这有一个原因，我们是降额使用，功率配件低一点，两次功率转换效率相对会低一点，所以效率会在85左右。
这是运行时我们检测单体电芯的数据，一套里总共是1125千瓦时，都是3.25伏小电池，平时正常充放时候电压差在30毫伏左右，最高70毫伏就是在冬天，二月20几号出现的，超过40毫伏的时候都不多，一致性还是可以的。当然这有个前提，因为我们拿过很多厂商的电池，现在还不敢说放心到任意电池给我们都敢做，具体我不点名了，筛选电池是首当其冲很关键的一步。就是电池出身就是好的，电芯就是一线品牌，它的质量要高一点。系统月效率和月使用率有关系，这个大概也是在8485左右，假如有一天不工作，它还会自放电。系统收益高于预期收益，比容量衰减的设计好一些。系统延伸半年以后，效率也没有衰减，容量衰减暂时这个数据还看不出来有明显的衰减。
这里有几个问题和大家总结，退役电池一致性问题，我们原则是把一辆车上一套电池做一个单元来用，因为原来这辆车的电池就是作为一个小组工作的，这样更可控一些。举个例子，同样是比亚迪的K9大巴，在哈尔滨和广州用，电池同一批出去的，但是使用环境不相同，现在包括厂商也给不出你判断，这两套电池能不能一起使用，但是我们不主张这样用。相当于同一套系统在不同环境使用以后，再混装起来再用，我们也不建议，另外我们的方式是只串不并，它是多并再串的，哪怕里面有单个电芯已经出问题了，甚至断路就可以，其他三个只要是正常的，足以承担目前的使用工况，这样就降低了故障率，这个在充放电策略里包括平台期，包括两端的拐点期都会有更精细管控。目前设计这个系统，设计寿命是10年，保障寿命是8年左右，收益指标差不多在江苏在5年出头，上海不到5年，就是只算削峰填谷，假如有社会力量加进来，会优化社会指标，大概就是这样的情况。
后面是我们代表案例，这是用户室内机柜式的，把两套大巴车的电池作为一个倍点系统储能。这是一组微网系统，这是光储充的，这也可以作为微网充
谢谢。
