中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，中國鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院教授級高級工程師鞏欣，在“通信儲能專場”，以《動力磷酸鐵鋰電池梯次利用在通信基站當(dāng)中的應(yīng)用》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
中國鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院教授級高級工程師鞏欣
鞏欣：各位來賓，大家好！我是中國鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院鞏欣，我演講的題目是《動力磷酸鐵鋰電池梯次利用在通信基站當(dāng)中的應(yīng)用》。在前兩年我們對此就有所涉獵，我們對這些內(nèi)容進行了嘗試和研究，可以說動力磷酸鐵鋰電池梯次利用在鐵塔來說開了一個頭，將來能否廣泛應(yīng)用還要看我們今后如何去操作和運用這個方式。
我的演講分四個部分。第一是梯次利用與再生利用的社會價值。這是一個宏觀的主題，從低碳經(jīng)濟的需求，李克強總理6月30日召開氣候大會時在法國宣布了中國的減排承諾，目前來看磷酸鐵鋰電池在全國汽車行業(yè)大規(guī)模開始應(yīng)用，在這種情況下將來磷酸鐵鋰電池淘汰下來之后該如何使用成為了一個大的問題。循環(huán)經(jīng)濟從目前來說我們國家相應(yīng)的貴重金屬以及相應(yīng)的能源并不樂觀，所以從幾方面來說加上我們將來大量的退役電池報廢可能會對環(huán)境造成極大的污染，所以如何利用和使用這些報廢的電池和淘汰下來的電池使，使它能發(fā)光發(fā)熱甚至利用它的殘余價值為我們做事情是我們的目的和目標。
我講的第二部分是梯次利用的技術(shù)方案。這是鐵塔在相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中做的嘗試，尤其是基站領(lǐng)域做出技術(shù)方案和使用方式的探索，在這個過程當(dāng)中我們大概目前已經(jīng)走了1-2年的時間。我們所說的梯次動力電池的利用是指在電動汽車上退役的磷酸鐵鋰電池的二次使用。從使用上來講，剛才主持人已經(jīng)介紹過了，磷酸鐵鋰電池在使用當(dāng)中和鉛酸電池有一些區(qū)別，那么它有它的優(yōu)勢。從右邊的表來看它的循環(huán)壽命是遠遠高于鉛酸電池的，目前通信行業(yè)所使用的鉛酸電池它的循環(huán)次數(shù)往往在200次以內(nèi)，鐵塔目前檢測的指標達到符合鐵塔使用要求的鉛酸電池100%DOD充放循環(huán)次數(shù)是100次。我們的磷酸鐵鋰電池從單只的循環(huán)放電次數(shù)來說目前很多廠家可以做到四五千次，成組來說雖然有一個比較大的下降，這個規(guī)模也就是循環(huán)的次數(shù)來說也是在千次級的1000-2000次的水平，所以循環(huán)壽命次數(shù)是要遠遠高于鉛酸電池的。鐵鋰電池相應(yīng)的能量密度比以及大電流放電特性還有綠色環(huán)保方面也優(yōu)于鉛酸電池，相對來說它的質(zhì)量比能量、體積比能量、功率等等這些指標要遠遠高于鉛酸電池，也就造就了它能夠在空間狹小的環(huán)境當(dāng)中快速布放，因為體積小同時重量也相對輕很多。同時由于使用溫度上來說它相對比鉛酸電池要寬一些，所以使用的場景受限性小一些，這也就是它的優(yōu)勢所在。
這張表是鋰離子電池容量倍率特性的曲線表，實際上從我們整個的表來看它放出的容量是要遠遠高于鉛酸電池的，而且使用的環(huán)境溫度也要優(yōu)于鉛酸電池，這也就是我們通信行業(yè)在近十年當(dāng)中一直摸索使用想在某些場景當(dāng)中用磷酸鐵鋰電池替代鉛酸電池的思路。毋庸置疑的是磷酸鐵鋰電池包括其他類型的鋰電池也有它相應(yīng)的問題，首先從安全性上講高低溫對電池的安全性是有很大影響的。低溫性能在低溫環(huán)境下鋰離子電池的容量會急劇降低電池內(nèi)阻增大，電池充放電時負極材料折出形成了金屬單體鋰，形成了鋰枝晶。隨著在低溫下循環(huán)次數(shù)的不斷增加，鋰枝晶的范圍不斷擴大，有可能會穿刺電池內(nèi)部的正負極，使電池發(fā)生內(nèi)部短路現(xiàn)象導(dǎo)致電芯熔化電池著火和爆炸等安全問題。這是低溫下的情況。高溫環(huán)境下高于55度時鋰離子電池的容量衰減速度非常快，也就是說我們的鋰離子電池實際上并不是在所有的高溫情況下都是耐適用的，它的耐適高溫也是有一個范圍的。在55度下的場景當(dāng)中衰減相對慢一些，但是超過55度那么相應(yīng)的電池內(nèi)部一旦溫度大于90度固體電解質(zhì)發(fā)生分解加速了化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致電池?zé)崾Э匕l(fā)生，因此鐵鋰電池在高低溫的環(huán)境當(dāng)中是要有適用的溫度范圍的。
過充點對電池安全性的影響也是毋庸置疑的。鋰離子電池在過充電過程中大量的鋰從正極材料當(dāng)中脫離出來，電池的電壓和溫度在很短的時間內(nèi)快速上升釋放出大量的熱，當(dāng)電池達到一定的電壓時電解質(zhì)溶液就會發(fā)生氧化分解反應(yīng)，劇烈的化學(xué)反應(yīng)放出大量的熱量可能會產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象進而發(fā)生燃燒和爆炸的安全事故。而且在行業(yè)內(nèi)，這種事故也是有些發(fā)生的，只是因為影響面不是太大所以沒有造成大規(guī)模的影響。
同時過放電對電池安全性的影響也在我們研究的范圍之內(nèi)。鋰離子電池過放電是指在放電過程中放電電壓超過了電池額定放電的截止電壓，電池過放電可能會導(dǎo)致電池容量的衰減，電池發(fā)生內(nèi)短路，電池溫度出現(xiàn)異常出現(xiàn)熱失控等安全問題；而外部短路這個就是意外情況下造成的，那么在使用過程當(dāng)中比如運輸中電池組線路老化、振動和碰撞等情況下發(fā)生的短路，發(fā)生外部短路的時候電池處于持續(xù)大電流放電狀態(tài)內(nèi)部溫度快速上升可能造成電池失效，嚴重時會導(dǎo)致電池的熱失控。
這是我們當(dāng)時和很多業(yè)內(nèi)廠家一起研究和發(fā)掘的技術(shù)應(yīng)用方案。梯次利用的方案目前來說可以分為兩大方案。第一種方案是將退役動力電池進行集中拆解電芯集中篩選重新組成標準化模塊，上面這個模式。第二個方案是在退役動力電池基礎(chǔ)上直接改造使用，下面的模式。我們下面這個模式拿來的電池不拆，在電池的前端加裝相應(yīng)的DC或者AC轉(zhuǎn)換器，DCDC轉(zhuǎn)換器或者DCAC轉(zhuǎn)換器把它直接接入開關(guān)電源當(dāng)中使用作為備用電源。
這是對兩種技術(shù)方案流程的分析，。大家可以看到，實際上對這兩種方案來說其實我認為要求都不低。第一個方案來說我們要首先進行拆解，拆解之后篩選合格的電池把它再進行容量分組之后制作成模塊組成常規(guī)使用的鐵鋰電池，而下面這個方案出廠之后直接連接我們的DCAC或者DCDC作為輸出電源來使用，這個方案看上去簡單其實前一步的要求非常高，也就是大數(shù)據(jù)選配這一點要求電池整個的使用生命周期當(dāng)中數(shù)據(jù)可追溯，所以實際上從這一點來說對整個生產(chǎn)工藝和整體流程要求也是非常高的。
這是我剛才說到的兩個方案分析和對比的優(yōu)劣勢。從目前來說，方案一質(zhì)量是能夠得到保證的，因為它是經(jīng)過二次篩選的，但是存在拆分之后單體人工成本會增加，對我們的預(yù)期是有影響，我們考慮是梯次利用希望產(chǎn)品便宜是我們的出發(fā)點。這個產(chǎn)品可能大型的配組相對困難一些。方案二從生產(chǎn)的角度來說，就是從梯次利用的角度來說的確方案相對簡單容量也高可以直接把它作為儲能電池用，但是就是我剛才強調(diào)的問題因為需要做相應(yīng)的篩選對前期鐵鋰電池廠家的要求是很高的，我的出廠入廠包括動力汽車上的應(yīng)用情況是要有大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)才能使用的。同時這個東西我們生產(chǎn)出來的模組都是不統(tǒng)一的，因此安裝的空間包括體積大小沒有辦法做嚴格的標準化規(guī)定，所以這種產(chǎn)品可能生產(chǎn)出來會千差萬別，不適宜我們在今后的發(fā)展。為什么呢？今后的發(fā)展可能就是小型化了，很多的設(shè)備都在柜子里或者箱子里空間很受限，這種情況下如果這種產(chǎn)品體積又大、使用空間和環(huán)境又又沒有辦法標準化的情況下這種產(chǎn)品可能只能用在傳統(tǒng)的宏站當(dāng)中空間比較大的情況下使用，小的場景這種方案就不適合了。
第三部分是鐵鋰電池梯次利用我們做相關(guān)應(yīng)用評估和分析。這是初期高總組織的在一些省份和廠家參加試點的情況，大概組織了57個測試站點有10個廠家進行了參與。實話實說，因為這個數(shù)據(jù)是后來測試出來的結(jié)果，然后包括我們也請了我們泰爾實驗室（音）的同志幫我們進行了相應(yīng)的樣品測試分析。測試出來的數(shù)據(jù)顛覆了我的三觀，為什么這么說呢？感覺它比我當(dāng)時2014年離開鐵塔之后電池的水平一下上升了飛躍的臺階，因為我理解這是已經(jīng)用過的動力電池，有這么好的表現(xiàn)甚至超過了原來大部分行業(yè)內(nèi)新電池的水平，這一下顛覆了我的三觀，所以我一開始對這個數(shù)據(jù)很驚訝，經(jīng)過分析之后我認為可能有兩種情況。一種情況是動力電池沒使多長時間鐵塔需要就拿來給我們做測試了，另一個是不是新電池我不知道，所以從目前來看不管試驗數(shù)據(jù)是不是有一定的水分在里面，但是我認為從二次利用的價值來說鐵塔需要的是千次左右的循環(huán)，從這個曲線來看70%容量衰減到50%的階段循環(huán)次數(shù)在千次左右還是可以實現(xiàn)的，從放電曲線的趨勢來看。因此我還是認為這個方案是可用的，就是說我們在電動車上報廢下來的電池在基站當(dāng)中還是大有可為的。
這是我們在黑龍江地區(qū)使用的一種方案，這個方案是我剛才說到方案二的情況。也就是說我們在前端裝了一個轉(zhuǎn)換裝置而使用的大電池包，也就是說我們在前期加DCDC轉(zhuǎn)換設(shè)備直接把它引到了開關(guān)電源的交流側(cè)，把它作為一種備份油機或者備份市電的方式接入當(dāng)中，實際效果的確比較好。從實際效果來看這組電池的使用壽命很長，當(dāng)時有一個測試數(shù)據(jù)來看當(dāng)時基站斷電之后堅持了20個小時，之后油機才上站對它進行了補發(fā)電。這是梯次回收的渠道和費用分析，目前來說我們初步嘗試和分析大概有這么幾種方式。第一種回收方式是統(tǒng)一招標的回收方式，優(yōu)點是集中處理發(fā)揮鐵塔的規(guī)模效益獲得較好的性價比服務(wù)，同時采購梯次電池成本會比較低。但是缺點是會受下游回收市場變化影響大，定價能力偏低。第二種方式像我們現(xiàn)在跟行業(yè)內(nèi)的鉛酸電池廠家簽的協(xié)議是一種情況，我們要求提供電池的廠方做相應(yīng)的回收，我們用完了之后仍由這些提供電池的廠家把這些電池收回去。初始階段確定了回收消除了我們的顧慮，這是從我們的角度來說。但是對于電池廠家來說他的實力要求包括回收成本還有等等一系列的問題可能會對廠家有很大的影響。最后一種方式以租代售產(chǎn)權(quán)不轉(zhuǎn)移，分期付款、資金壓力小、產(chǎn)品所有權(quán)不在鐵塔無回收壓力，缺點就是改變原有采購體系內(nèi)部要協(xié)調(diào)資源需要適應(yīng)新型的服務(wù)，這個方案實際上很多的廠家也跑到我那溝通過，跑到高總那也溝通過相應(yīng)的思路。其實請大家理解的一點，我們是國企，在這個方案上頭很多的財務(wù)路線和管控路線是不好走通的，實際上這不失為一種選擇，但至少目前整個體系來說這條路不太好打通。從目前來看我們所期望的，因為如果將來梯次利用電池利用效果好我們所期望的價格是希望它能夠成本價格降到至少和鉛酸電池騎平，這個鉛酸電池既包括現(xiàn)在常規(guī)使用普通的鉛酸電池也包括將來要采購的高溫鉛酸電池這種種類的電池，希望它的價格能夠控制在鉛酸價格以下，否則我們認為利用率就不是太高，為什么呢？因為如果這樣可能在某些場景我采用新的鉛酸電池會更理想一些，因為那樣減少了我們的維護成本。
從技術(shù)方面總結(jié)業(yè)內(nèi)的專家們已經(jīng)有所共識，實際上在基站當(dāng)中使用磷酸鐵鋰電池在很多場景當(dāng)中是有應(yīng)用場景的，只是在管控和安全性方面需要加強，讓他們在一個可控的范圍內(nèi)進行操作。經(jīng)濟性方面剛才我已經(jīng)介紹了，我們希望能夠把它做到又便宜又好，這樣可能鐵塔的采購規(guī)模會逐步擴大這方面的適用。因為這樣來說對于鐵塔來說是一個重資產(chǎn)公司，那么這方面會使公司整體得利。我今天的介紹就是這些，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
