為助力中國(guó)儲(chǔ)能企業(yè)與國(guó)際接軌，同時(shí)致力于推動(dòng)中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)機(jī)制的建立，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)商業(yè)化，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟舉辦的“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2018(ESIE2018)”于2018年4月2-4日在北京國(guó)家會(huì)議中心舉行。中國(guó)電力科學(xué)研究院高級(jí)工程師范茂松發(fā)表題為《梯次利用電池在電力儲(chǔ)能的應(yīng)用研究》的演講，文字實(shí)錄如下：

首先感謝組委會(huì)給我這么一個(gè)機(jī)會(huì)，今天看到梯次利用受這么多人關(guān)注很欣慰。從2011年開(kāi)始做梯次利用這方面的研究，找相關(guān)的資料很難找，做退役的電池也很難找，那時(shí)候電動(dòng)汽車(chē)還沒(méi)有進(jìn)入快速發(fā)展期。

接下來(lái)跟大家分享一下中國(guó)電科院這幾年在梯次利用和電力儲(chǔ)能上的應(yīng)用。

這幾年電動(dòng)汽車(chē)快速發(fā)展，在這個(gè)背景下，造成未來(lái)幾年退役電池的數(shù)量快速增加。梯次利用這個(gè)概念大家比較清楚，就是把動(dòng)力電池從電動(dòng)汽車(chē)上換一個(gè)場(chǎng)景，作為低速車(chē)、電力儲(chǔ)能或者基站的備用。梯次利用的意義大家也比較清楚，降低電池在車(chē)用階段的成本?，F(xiàn)在由于新電池成本比較高，而且一直限制儲(chǔ)能大規(guī)模推廣應(yīng)用，而梯次利用能降低儲(chǔ)能的工程造價(jià)，同時(shí)梯次利用比較環(huán)保，有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。

因此，這幾年國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)展了梯次利用的研究。在國(guó)內(nèi)分了大概有三類(lèi)，第一類(lèi)，就是電動(dòng)汽車(chē)廠，像比亞迪、北汽新能源比較關(guān)注這個(gè)。比亞迪在它的工廠建了15兆瓦-30兆瓦的電站梯次利用電站，給它的工廠用的。第二類(lèi)，像鐵塔集團(tuán)、電網(wǎng)公司等，屬于儲(chǔ)能的用戶(hù)，鐵塔拿來(lái)做備用，南方電網(wǎng)在系統(tǒng)里面做儲(chǔ)能。最后一類(lèi)屬于第三方做儲(chǔ)能的一些機(jī)構(gòu)，比如上海煦達(dá)，在江蘇溧陽(yáng)建了梯次電站，主要做削峰填谷。

國(guó)外做梯次利用主要是車(chē)廠在做，像通用在大概2011年的時(shí)候，和ABB合作，當(dāng)時(shí)做了幾度電的家庭儲(chǔ)能。這兩年做得比較大的一個(gè)是寶馬，一個(gè)是奔馳，寶馬在2016年有一個(gè)2兆瓦，用在光儲(chǔ)充電站的儲(chǔ)能系統(tǒng)。奔馳去年開(kāi)始建，有一千輛奔馳smart，建了一千兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能電站。這個(gè)我算了一下，電池的利用率非常高的，一輛奔馳smart6度電，是18兆瓦時(shí)，它的退役利用率超過(guò)90%。還有國(guó)外VR實(shí)驗(yàn)室，涵蓋運(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，叫1974標(biāo)準(zhǔn)。從這些研究來(lái)看，早期的電池比較差。這幾年隨著電池性能逐步提升，拆解經(jīng)濟(jì)性比較差，一般采用模組直接利用的方法，現(xiàn)在大多數(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)都是兆瓦級(jí)別的。

梯次利用對(duì)于電力儲(chǔ)能是消納退役電池的有效手段，為什么這么說(shuō)呢？因?yàn)殡娏?chǔ)能有特別多的需要儲(chǔ)能的場(chǎng)景，我們有時(shí)候說(shuō)這個(gè)儲(chǔ)能有五大類(lèi)17項(xiàng)，我列了一些典型的儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景?，F(xiàn)在國(guó)家風(fēng)電和光伏裝機(jī)容量，按14%去配的話，能消耗120GWh的退役電池。

下面我介紹一下這幾年我們中國(guó)電科院，針對(duì)一些典型的退役電池樣本開(kāi)展的工作，我在這兒講三種樣品。第一個(gè)，當(dāng)時(shí)2008年奧運(yùn)會(huì)的時(shí)候，奧運(yùn)主廠區(qū)的50輛純電動(dòng)車(chē)，是為運(yùn)動(dòng)員和記者服務(wù)的。這個(gè)電池是2020年退役。第二個(gè)，是深圳K9電動(dòng)公交車(chē)用的電池，是2015年以后退役。第三個(gè)，國(guó)家電網(wǎng)公司建的第一個(gè)大型的充放電站，在青島薛家島，也是電動(dòng)公交車(chē)，是2016年退役。

第一個(gè)奧運(yùn)這個(gè)，當(dāng)時(shí)它用的是錳酸鋰電池，當(dāng)時(shí)拿的時(shí)候有幾個(gè)模塊沒(méi)有給我們，一車(chē)325塊電池，把所有一套系統(tǒng)拆解，做了基本性能的表征。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)電池剩余容量基本上在50%-60%，內(nèi)阻增加了一倍，自放電率比新電池降低了很多。測(cè)試了這個(gè)電池倍率和溫升特性，發(fā)現(xiàn)倍率的性能已經(jīng)很差了，EC的溫升大概有5度。我們針對(duì)比較典型三種工況做了壽命實(shí)驗(yàn)，對(duì)大概能用多久做一個(gè)預(yù)測(cè)，第一種，做容量備用，類(lèi)似UPS這種，我們給它做了一個(gè)預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)電池在衰減到80%的時(shí)候，大概就是三年的時(shí)間，跟鉛酸相比沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)的。第二個(gè)，做削峰填谷，電流比較小，但是充放電深度是80%-100%，對(duì)這個(gè)壽命做了預(yù)測(cè)，大概逆核1500次左右，這是實(shí)驗(yàn)室理想的條件下做的。然后做了一個(gè)20%，大概DOD充放電類(lèi)似于電網(wǎng)調(diào)頻的這么一個(gè)工況，隨著電阻越大的話，電池衰減越快。

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)，籌建各種安全實(shí)驗(yàn)，因?yàn)?a href="http://huyanghm.com" class = "seo-anchor" data-anchorid=207 target="_blank">儲(chǔ)能電池的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在已經(jīng)報(bào)批了，還沒(méi)有出來(lái)，所以以前我們做這個(gè)安全實(shí)驗(yàn)都是用電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做的，就是這個(gè)電池還是可以通過(guò)各種電動(dòng)汽車(chē)的安全實(shí)驗(yàn)。

我們最后做了示范工程，在2013年，是26千瓦一千千瓦時(shí)，放在北京大興出租車(chē)充放電站，主要就是調(diào)峰，中午負(fù)荷比較大的時(shí)候用它頂一下。這個(gè)電池做了一百多次循環(huán)以后，性能就很差了，后來(lái)基本上沒(méi)有再用，可能還是因?yàn)檫@個(gè)本身電池的性能，新電池也不太好。第二個(gè)，我們做了磷酸鐵鋰電池，就是K9這個(gè)，拆了39塊左右，這個(gè)本身倍率不大，它的倍率特性還是非常好的。雖然說(shuō)這個(gè)電池倍率性能很好，但是因?yàn)檫@個(gè)電池容量比較大，我們單個(gè)電池不在模組里，一C是5度，兩C是超過(guò)10度，超過(guò)散熱的問(wèn)題，工作電池不超過(guò)0.5C。做了不同溫度的充放電，在零度以上，電池充放電性能還是非常好的。但是在零度以下，充電磷酸鐵鋰就很差了。

我們做了10種實(shí)驗(yàn)，按照31485不一一講了，并且與新電池做了一個(gè)對(duì)比，表面溫度比新電池要低。它的壽命，類(lèi)似于模擬的三種電網(wǎng)的工況，這個(gè)電池它的壽命明顯要好很多，四千次含有93%的容量保持率，調(diào)頻1.5萬(wàn)次差不多93%。擱置是做了6個(gè)周期，我們根據(jù)這個(gè)推算的話，做備用電源的話用10-12年。

最后我們用這個(gè)電池在張北并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室做了一個(gè)一兆瓦的儲(chǔ)能系統(tǒng)，那邊是風(fēng)電聯(lián)合的，主要用這個(gè)風(fēng)電平滑。這個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其實(shí)很簡(jiǎn)單的，就是一個(gè)模塊是八串，30個(gè)模塊串成電池組，十串并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不像第一個(gè)系統(tǒng)，沒(méi)有辦法去做實(shí)驗(yàn)。但是從這一年多的實(shí)踐看，它運(yùn)行的效果還是很不錯(cuò)的。

第三個(gè)，剛才說(shuō)的青島薛家島的問(wèn)題，軟包的22毫安的磷酸鐵鋰28支，容量還不錯(cuò)。這個(gè)1C的溫升在3度左右。我們做得環(huán)境適應(yīng)性，都是磷酸鐵鋰體系，基本上零度以下就很差了。前一段時(shí)間，按31485做得案例，也是現(xiàn)在退役電池基本上電動(dòng)汽車(chē)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以用的，也是模擬電網(wǎng)工況做得壽命特性。我們拿1400，1000%DOD就差很多，大概可以做到4次。做備用電源做了12個(gè)周期，大概推算八年左右。這個(gè)電池用電池模組，現(xiàn)在在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸二期建3兆瓦和9兆瓦的儲(chǔ)能系統(tǒng)，這個(gè)安裝調(diào)試完，跟光伏一塊使用。

最后講一下這些年講做這些東西的體會(huì)：

第一個(gè)，不是所有的退役電池都可以梯次利用的。為什么？尤其在2012年以前，中國(guó)的動(dòng)力電池當(dāng)時(shí)的制造水平還不像自動(dòng)化水平這么高。當(dāng)時(shí)的電池還是比較差的，無(wú)論從壽命還是安全性來(lái)看，用作梯次利用，一個(gè)是本身有安全的風(fēng)險(xiǎn)，還有壽命比較差，所以沒(méi)有經(jīng)濟(jì)的價(jià)值。

第二個(gè)，現(xiàn)在梯次還有很多關(guān)鍵技術(shù)去解決，電池來(lái)了，怎么快速評(píng)估有沒(méi)有安全隱患，剩余壽命有多少。來(lái)了以后，怎么讓它低成本的去重組，盡量的用它的管理系統(tǒng)，用它原來(lái)的結(jié)構(gòu)件不再去拆解這種東西。

第三個(gè)，是它的安全狀態(tài)怎么判斷。因?yàn)閯偛盼易隽诉@三個(gè)樣品，用的都是電動(dòng)汽車(chē)的破壞性的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證它的安全性，其實(shí)這個(gè)是不能準(zhǔn)確的把電池在梯次利用階段用演變狀態(tài)來(lái)判斷的。這個(gè)電池到底用到50%還是40%，在梯次利用過(guò)程中，它什么時(shí)候發(fā)生安全隱患，什么時(shí)候容量跳水，這些東西現(xiàn)在不能很好的回答。這個(gè)需要通過(guò)研究才能決定的。

因?yàn)橥艘鄣碾姵?，它的狀態(tài)千差萬(wàn)別，所以我們應(yīng)該根據(jù)電池的性能去選擇合適的場(chǎng)景，這樣才能最大限度發(fā)揮這個(gè)退役電池的價(jià)值。比如說(shuō)這個(gè)電池，退役的內(nèi)阻比較大，發(fā)熱比較厲害的話，不適合去做調(diào)配，不適合做高倍率的充放電。

最后說(shuō)一下期望，隨著動(dòng)力電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，未來(lái)退役電池的性能會(huì)越來(lái)越好，三元現(xiàn)在做梯次利用不行的，這個(gè)技術(shù)很難保證。國(guó)家工信部推暫行管理辦法，要建立溯源體系，要開(kāi)放歷史數(shù)據(jù)，可以提升梯次的經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)在國(guó)家出臺(tái)不同政策扶持這個(gè)事情，2018年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃里面就列了梯次利用的國(guó)家項(xiàng)目，現(xiàn)在已經(jīng)申報(bào)完畢了，當(dāng)然還沒(méi)有出結(jié)果。還有就是工信部一直在出臺(tái)促進(jìn)梯次利用和行業(yè)規(guī)范的發(fā)展。隨著電池技術(shù)不斷進(jìn)步，還有國(guó)家政策的不斷地完善，將促進(jìn)梯次利用和商業(yè)技術(shù)的成熟。