中國儲能網(wǎng)訊：“如果這項技術(shù)在國內(nèi)儲能市場推廣，每年可減少電子廢棄物20萬噸，減少碳排放1500萬噸。”這是評審專家對揚州大學教授方宇團隊開發(fā)的高性能自適應雙通道新型儲能裝備的評價。
日前，該裝備已在多家企業(yè)完成為期半年的試用，即將正式投入市場。方宇告訴《中國科學報》：“我們?yōu)閯恿﹄姵亟M設(shè)計的‘智慧大腦’不僅可以讓退役電池組的使用壽命延長30%，還可以保持并延長正常電池的使用壽命?！?/span>
動力電池退役不代表報廢
方宇告訴《中國科學報》，他并不是專業(yè)做電池的，自己跟動力電池的緣分還得從“科技鎮(zhèn)長團”說起。
2016年，方宇被選為“科技鎮(zhèn)長團”一員，來到江蘇省常熟市掛職工作，擔任尚湖鎮(zhèn)黨委副書記一職。其間，他深入開展企業(yè)調(diào)研，在人才配置、成果轉(zhuǎn)化等多個環(huán)節(jié)建立起企業(yè)和高校的深入聯(lián)系與互動。
在對接企業(yè)過程中，方宇結(jié)識了一家來自上海的新能源電池公司，對方希望通過技術(shù)改造進一步提高動力電池的使用效率。
“當動力電池容量衰減至額定容量80%以下時，就不再適用于電動汽車。但電池容量在額定容量50%至80%之間的動力電池仍有使用價值，如果將電池拆解后重組，可做成儲能設(shè)備、應急電源等繼續(xù)服役?！狈接钫f。
近年來，我國新能源車的動力電池迎來“退役潮”。相關(guān)機構(gòu)預測，2025年我國退役動力電池將達到104萬噸，2030年將達到350萬噸。
動力電池退役不代表報廢。方宇告訴《中國科學報》，從新能源車上退役下來的動力電池如果直接淘汰就是浪費，這些電池可以用于光伏并網(wǎng)儲能。
此前，美國特斯拉公司推出的“能源墻”家庭儲能產(chǎn)品，有望使用電動汽車退役電池進行充電和存儲?！斑@些退役電池的二次利用，不僅能延長電池的使用壽命，還能幫助解決儲能系統(tǒng)的部分需求，推動能源更高效利用。”方宇說。
上海這家新能源電池公司委托方宇團隊利用退役的動力電池做“能源墻”，讓退役電池繼續(xù)發(fā)揮效用。雖然最初方宇沒有成熟可行的改造方案，但他認準了這些退役電池將在儲能領(lǐng)域大有可為，于是帶領(lǐng)團隊從2020年開始摸索開發(fā)退役電池的高效利用技術(shù)。
退役電池組壽命可延長30%
2024年2月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加快構(gòu)建廢棄物循環(huán)利用體系的意見》提出，加強廢舊動力電池循環(huán)利用。
當前，對于退役動力電池處理利用主要有梯次利用和再生利用兩種方式。梯次利用是當電池容量衰減至額定容量的50%至80%時，回收企業(yè)將退役動力電池拆解重組，作為應急電源、儲能設(shè)備等繼續(xù)服役。當電池容量降至額定容量40%以下時，一般就會采用再生利用的方式。
根據(jù)客戶提出的需求，方宇團隊的主要攻關(guān)點圍繞退役動力電池的梯次利用展開。
長期以來，退役動力電池的梯次利用一直存在“木桶效應”。方宇解釋說，在儲能系統(tǒng)中，所有電池的充放電過程都是緊密耦合、同步進行的。退役電池因制造差異、老化程度不同，并入儲能系統(tǒng)后可能因一塊電池存在短板，影響整個系統(tǒng)的性能和壽命，“就像用長短不一的木板箍桶，系統(tǒng)效能永遠被最弱的那節(jié)電池拖累”。
傳統(tǒng)做法是將電池包拆解，檢測每一個電芯，挑出合適的再組裝成新的電池包?！斑@不僅需要增加人力，還需要添加硬件，比如要在電池組添加均衡硬件裝置?！狈接罱榻B，“我們主要從軟件著手，不需要增加硬件成本，也不需要對原電池組進行改造?！?/span>
方宇團隊自主研發(fā)的模糊加權(quán)控制算法可以實時監(jiān)測電池電壓及其變化率，自動分配充放電電流，繞過了傳統(tǒng)均衡硬件裝置的壁壘。團隊還利用預設(shè)時間的反饋控制技術(shù)實現(xiàn)母線電壓的快速跟蹤，并設(shè)計了一套“獨立雙通道-繞組串型雙有源橋”的電路架構(gòu)，使得高壓側(cè)開關(guān)器件減少了50%以上，大幅降低裝置成本并提升了系統(tǒng)可靠性。
“這套電路架構(gòu)就像給電池安裝了‘智慧大腦’?！眻F隊成員、方宇的學生張珈晨介紹，“架構(gòu)設(shè)計的核心優(yōu)勢在于不需要精確計算電池剩余電量，而是通過電壓變化趨勢判斷電池狀態(tài)，既降低了對處理器算力的要求，又提升了系統(tǒng)響應速度。”
在企業(yè)測試期間，方宇團隊經(jīng)過50多次調(diào)試，最終將組合電池模組電壓差值縮小到0.2%，使退役電池組壽命延長30%，能量轉(zhuǎn)化效率達97.8%，綜合成本降低25%。
從用戶端考慮降本增效
“當初企業(yè)希望我們實現(xiàn)退役動力電池梯次利用、降低成本時，并沒有要求做出這樣一套裝備?！狈接罨貞浀?，“我們在開發(fā)的過程中，一邊思考，一邊嘗試，盡量從用戶端出發(fā)，不改變原來的電池裝置，通過軟件算法為電池裝上‘智慧大腦’，不僅延長了電池使用壽命，還幫助客戶節(jié)約了成本?！?/span>
最開始，方宇團隊也曾想過采用其他方法，比如從電池機理出發(fā)估算動力電池的剩余電量，并監(jiān)測放電過程中電量的衰竭。
“如果使用上述方法，在電池不使用的時候才能準確評估出剩余電量。但對客戶來說，這樣做不僅耽誤工時，還需要增加一些硬件裝置?！狈接钫f，他們在給客戶測試的時候，曾加入動態(tài)均衡儀這樣的硬件，雖然可以提高電池使用效率，但客戶會多出一筆開支。
于是，方宇團隊另辟蹊徑，采取動態(tài)監(jiān)測方法，不但可以計算出剩余電量，還省去了硬件裝置的成本，最終讓企業(yè)實現(xiàn)降本增效。
從2024年開始，方宇團隊開發(fā)的高性能自適應雙通道新型儲能裝備已經(jīng)在多家企業(yè)開展測試，用戶的反饋不錯。他透露已經(jīng)跟用戶達成潛在合作意向。
除了延長退役動力電池的使用壽命，這套設(shè)備還適用于被淘汰電池的梯次利用。如果接入性能正常的電池組，還有助于延長電池組的使用壽命。
方宇解釋說，因為不同通道的電池在使用過程中面臨不一致的變化，導致性能差異?！拔覀冮_發(fā)的‘智慧大腦’能避免這種情況發(fā)生，保持甚至延長正常電池的使用壽命?！?/span>
