中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，中國(guó)鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師鞏欣，在“通信儲(chǔ)能專場(chǎng)”，以《動(dòng)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(guó)鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師鞏欣
鞏欣：各位來賓，大家好！我是中國(guó)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(dòng)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(duì)此就有所涉獵，我們對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行了嘗試和研究，可以說動(dòng)力磷酸鐵鋰電池梯次利用在鐵塔來說開了一個(gè)頭，將來能否廣泛應(yīng)用還要看我們今后如何去操作和運(yùn)用這個(gè)方式。
我的演講分四個(gè)部分。第一是梯次利用與再生利用的社會(huì)價(jià)值。這是一個(gè)宏觀的主題，從低碳經(jīng)濟(jì)的需求，李克強(qiáng)總理6月30日召開氣候大會(huì)時(shí)在法國(guó)宣布了中國(guó)的減排承諾，目前來看磷酸鐵鋰電池在全國(guó)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(gè)大的問題。循環(huán)經(jīng)濟(jì)從目前來說我們國(guó)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(bào)廢可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，所以如何利用和使用這些報(bào)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(jià)值為我們做事情是我們的目的和目標(biāo)。
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(gè)過程當(dāng)中我們大概目前已經(jīng)走了1-2年的時(shí)間。我們所說的梯次動(dòng)力電池的利用是指在電動(dòng)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(shì)。從右邊的表來看它的循環(huán)壽命是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(cè)的指標(biāo)達(dá)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(gè)比較大的下降，這個(gè)規(guī)模也就是循環(huán)的次數(shù)來說也是在千次級(jí)的1000-2000次的水平，所以循環(huán)壽命次數(shù)是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)來說它的質(zhì)量比能量、體積比能量、功率等等這些指標(biāo)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?yàn)轶w積小同時(shí)重量也相對(duì)輕很多。同時(shí)由于使用溫度上來說它相對(duì)比鉛酸電池要寬一些，所以使用的場(chǎng)景受限性小一些，這也就是它的優(yōu)勢(shì)所在。
這張表是鋰離子電池容量倍率特性的曲線表，實(shí)際上從我們整個(gè)的表來看它放出的容量是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎng)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(duì)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(huì)急劇降低電池內(nèi)阻增大，電池充放電時(shí)負(fù)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(kuò)大，有可能會(huì)穿刺電池內(nèi)部的正負(fù)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(shí)鋰離子電池的容量衰減速度非?？?，也就是說我們的鋰離子電池實(shí)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(gè)范圍的。在55度下的場(chǎng)景當(dāng)中衰減相對(duì)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(huì)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(diǎn)對(duì)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(shí)間內(nèi)快速上升釋放出大量的熱，當(dāng)電池達(dá)到一定的電壓時(shí)電解質(zhì)溶液就會(huì)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(huì)產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象進(jìn)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?yàn)橛绊懨娌皇翘笏詻]有造成大規(guī)模的影響。
同時(shí)過放電對(duì)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(huì)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(gè)就是意外情況下造成的，那么在使用過程當(dāng)中比如運(yùn)輸中電池組線路老化、振動(dòng)和碰撞等情況下發(fā)生的短路，發(fā)生外部短路的時(shí)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(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池的熱失控。
這是我們當(dāng)時(shí)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(dòng)力電池進(jìn)行集中拆解電芯集中篩選重新組成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，上面這個(gè)模式。第二個(gè)方案是在退役動(dòng)力電池基礎(chǔ)上直接改造使用，下面的模式。我們下面這個(gè)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(duì)兩種技術(shù)方案流程的分析，。大家可以看到，實(shí)際上對(duì)這兩種方案來說其實(shí)我認(rèn)為要求都不低。第一個(gè)方案來說我們要首先進(jìn)行拆解，拆解之后篩選合格的電池把它再進(jìn)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(gè)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(gè)方案看上去簡(jiǎn)單其實(shí)前一步的要求非常高，也就是大數(shù)據(jù)選配這一點(diǎn)要求電池整個(gè)的使用生命周期當(dāng)中數(shù)據(jù)可追溯，所以實(shí)際上從這一點(diǎn)來說對(duì)整個(gè)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(gè)方案分析和對(duì)比的優(yōu)劣勢(shì)。從目前來說，方案一質(zhì)量是能夠得到保證的，因?yàn)樗墙?jīng)過二次篩選的，但是存在拆分之后單體人工成本會(huì)增加，對(duì)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(diǎn)。這個(gè)產(chǎn)品可能大型的配組相對(duì)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(duì)簡(jiǎn)單容量也高可以直接把它作為儲(chǔ)能電池用，但是就是我剛才強(qiáng)調(diào)的問題因?yàn)樾枰鱿鄳?yīng)的篩選對(duì)前期鐵鋰電池廠家的要求是很高的，我的出廠入廠包括動(dòng)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(shí)這個(gè)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(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，所以這種產(chǎn)品可能生產(chǎn)出來會(huì)千差萬別，不適宜我們?cè)诮窈蟮陌l(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(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)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(píng)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(diǎn)的情況，大概組織了57個(gè)測(cè)試站點(diǎn)有10個(gè)廠家進(jìn)行了參與。實(shí)話實(shí)說，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)是后來測(cè)試出來的結(jié)果，然后包括我們也請(qǐng)了我們泰爾實(shí)驗(yàn)室（音）的同志幫我們進(jìn)行了相應(yīng)的樣品測(cè)試分析。測(cè)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(shí)2014年離開鐵塔之后電池的水平一下上升了飛躍的臺(tái)階，因?yàn)槲依斫膺@是已經(jīng)用過的動(dòng)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(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)很驚訝，經(jīng)過分析之后我認(rèn)為可能有兩種情況。一種情況是動(dòng)力電池沒使多長(zhǎng)時(shí)間鐵塔需要就拿來給我們做測(cè)試了，另一個(gè)是不是新電池我不知道，所以從目前來看不管試驗(yàn)數(shù)據(jù)是不是有一定的水分在里面，但是我認(rèn)為從二次利用的價(jià)值來說鐵塔需要的是千次左右的循環(huán)，從這個(gè)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(shí)現(xiàn)的，從放電曲線的趨勢(shì)來看。因此我還是認(rèn)為這個(gè)方案是可用的，就是說我們?cè)陔妱?dòng)車上報(bào)廢下來的電池在基站當(dāng)中還是大有可為的。
這是我們?cè)诤邶埥貐^(qū)使用的一種方案，這個(gè)方案是我剛才說到方案二的情況。也就是說我們?cè)谇岸搜b了一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置而使用的大電池包，也就是說我們?cè)谇捌诩覦CDC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(jī)或者備份市電的方式接入當(dāng)中，實(shí)際效果的確比較好。從實(shí)際效果來看這組電池的使用壽命很長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)有一個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)來看當(dāng)時(shí)基站斷電之后堅(jiān)持了20個(gè)小時(shí)，之后油機(jī)才上站對(duì)它進(jìn)行了補(bǔ)發(fā)電。這是梯次回收的渠道和費(fèi)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(biāo)的回收方式，優(yōu)點(diǎn)是集中處理發(fā)揮鐵塔的規(guī)模效益獲得較好的性價(jià)比服務(wù)，同時(shí)采購(gòu)梯次電池成本會(huì)比較低。但是缺點(diǎn)是會(huì)受下游回收市場(chǎng)變化影響大，定價(jià)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(duì)于電池廠家來說他的實(shí)力要求包括回收成本還有等等一系列的問題可能會(huì)對(duì)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(diǎn)就是改變?cè)胁少?gòu)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(gè)方案實(shí)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(shí)請(qǐng)大家理解的一點(diǎn)，我們是國(guó)企，在這個(gè)方案上頭很多的財(cái)務(wù)路線和管控路線是不好走通的，實(shí)際上這不失為一種選擇，但至少目前整個(gè)體系來說這條路不太好打通。從目前來看我們所期望的，因?yàn)槿绻麑硖荽卫秒姵乩眯Ч梦覀兯谕膬r(jià)格是希望它能夠成本價(jià)格降到至少和鉛酸電池騎平，這個(gè)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(gòu)的高溫鉛酸電池這種種類的電池，希望它的價(jià)格能夠控制在鉛酸價(jià)格以下，否則我們認(rèn)為利用率就不是太高，為什么呢？因?yàn)槿绻@樣可能在某些場(chǎng)景我采用新的鉛酸電池會(huì)更理想一些，因?yàn)槟菢訙p少了我們的維護(hù)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(shí)，實(shí)際上在基站當(dāng)中使用磷酸鐵鋰電池在很多場(chǎng)景當(dāng)中是有應(yīng)用場(chǎng)景的，只是在管控和安全性方面需要加強(qiáng)，讓他們?cè)谝粋€(gè)可控的范圍內(nèi)進(jìn)行操作。經(jīng)濟(jì)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(gòu)規(guī)模會(huì)逐步擴(kuò)大這方面的適用。因?yàn)檫@樣來說對(duì)于鐵塔來說是一個(gè)重資產(chǎn)公司，那么這方面會(huì)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(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
