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大酒店圓滿召開，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(diǎn)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(jià)值的聲音。
大會期間，國網(wǎng)河南省電力有限公司電力科學(xué)研究院高級工程師趙光金，在“電動汽車與動力電池專場”，以《退役動力電池梯次利用最新研究進(jìn)展及應(yīng)用實(shí)踐》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
趙光金：各位同行，大家上午好！由我代表國網(wǎng)河南省電力有限公司電力科學(xué)研究院給大家介紹一下動力鋰電池梯次利用最新的研究進(jìn)展及應(yīng)用實(shí)踐。因?yàn)楹幽想娍圃涸陔姵靥荽卫梅矫嫠闶潜容^早的，從2010年開始就介入這方面的研究，這兩年也取得了一些成績。我的介紹分下面四個(gè)方向，首先是介紹一下背景。因?yàn)閯偛藕芏鄬＜医榻B的是電池儲能相當(dāng)于生產(chǎn)應(yīng)用的前端，我現(xiàn)在要介紹的梯次利用包括回收處理實(shí)際上是處于產(chǎn)業(yè)鏈的后端?，F(xiàn)在的環(huán)境污染問題比較嚴(yán)重，所以說在環(huán)保方面大家也是非常的重視包括汽車尾氣污染，實(shí)際上汽車尾氣的問題進(jìn)一步推動了燃油汽車向電動汽車方式的轉(zhuǎn)變。從產(chǎn)業(yè)政策方面來講包括實(shí)際現(xiàn)在的發(fā)展情況，這兩年電動汽車的發(fā)展素噸越來越快，整體帶動鋰電池的發(fā)展也在迅速推動，但是這也帶來了另外一個(gè)問題，就是這些電池大量的被用于電動汽車上包括按照相關(guān)的規(guī)定從安全角度80%電動汽車上的動力電池就要進(jìn)行退役，這些退下來的電池去到哪里、怎么處置這是一個(gè)很嚴(yán)峻的問題。前一段時(shí)間關(guān)于固體廢棄物的處置實(shí)際上就已經(jīng)提出來這個(gè)問題了，每年大量的固體廢氣物作為垃圾現(xiàn)在沒有很好的處置方法只能是簡單的填埋或者是一些技術(shù)性處理，但是真正能做到完全控制的處理只是很少一部分，所以說如何從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈角度考慮減少產(chǎn)生量這是一個(gè)比較切實(shí)的問題。根據(jù)國網(wǎng)公司2015年進(jìn)行過摸底，國網(wǎng)公司自己掌控的退運(yùn)的動力鋰電池達(dá)到了100兆瓦時(shí)這個(gè)量是很大的，未來隨著各種類型電動車的推廣所以說這個(gè)電池的量會越來越多，而且這一部分電池從現(xiàn)在的趨勢因?yàn)楫a(chǎn)權(quán)問題有的在車企有的在公司有的在電網(wǎng)公司，所以說這一部分電池將來的處置模式也是我們需要解決的。從這個(gè)角度來講，梯次利用提出了解決的方案，因?yàn)殡姵亟M成本身在整個(gè)整車成本比重占的是很大的，而且通過梯次利用用于儲能等等方向首先就解決了電池全壽命周期的使用，節(jié)約了礦產(chǎn)資源過度開發(fā)。另外一方面，解決方案的提出也在一定程度上可以消除環(huán)境隱患和安全隱患，這是動力電池梯次利用發(fā)展的必要性，這個(gè)就不再多說了。
下面介紹一下退役電池梯次利用技術(shù)及應(yīng)用。梯次利用因?yàn)閺陌踩越嵌壬蟻碚f已經(jīng)不再適合用于動力汽車，但是通過我們的研究包括各種安全測試來看用于輕型電動車包括小型儲能備用電源和觀光車還是沒有問題的，現(xiàn)在各種研究情況國內(nèi)外主要是進(jìn)行探索性研究，也就是示范工程為主，而且應(yīng)用領(lǐng)域并不是多樣化的主要集中在一些小型備用電源這塊，而且是一些驗(yàn)證式的研究為主。我們從這三個(gè)地方考慮希望加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究，還有一些功能化的應(yīng)用。按這個(gè)思路我們對于通過退役電池本體跟新電池在各種性能上差別的研究，進(jìn)一步評估它在進(jìn)行梯次利用時(shí)候各種應(yīng)用技術(shù)開發(fā)包括重組、均衡、電池管理系統(tǒng)包括儲能和微網(wǎng)相結(jié)合以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用來進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。之前的研究結(jié)果我們從衰減特性、內(nèi)部理化特征、安全性、熱特性以及壽命預(yù)測等等方向?qū)﹄姵乇倔w進(jìn)行了一個(gè)比較全面的評估。綜合我們的研究結(jié)果來看電池梯次利用在可行性方面是沒有問題的，它的安全性可能不像新電池要求那么高，但是在可控的范圍內(nèi)、在可控的應(yīng)用場合下安全性是可以得到保證的。
再一個(gè)就是我們研究整個(gè)退役電池組的拆解工藝，包括整車下來放電預(yù)處理、進(jìn)一步拆解以及最后對電池的拆卸，我們在工程化應(yīng)用的過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)際上拆到單芯存在一定的問題，就是從經(jīng)濟(jì)成本包括后續(xù)重組再利用包括中間的測試等等都會有。我們現(xiàn)在選擇比較合適的模式認(rèn)為是拆到電池包為主，拆到電池包之后以整包為單位對電池能否梯次利用進(jìn)行整體性的判斷。在這方面我們也根據(jù)現(xiàn)在的行業(yè)趨勢，現(xiàn)在都講究智能制造我們也提出智能拆解，所以說我們也提出了簡單的拆解裝置研發(fā)。下面具體講一下退役電池的電池組性能測試，我們根據(jù)從公交大巴換下來的退役電池情況具體進(jìn)行測試之后發(fā)現(xiàn)剩余容量達(dá)到70%以上占了89%，也就是說正常退役電池中有很大一部分可以進(jìn)行梯次利用，而且這一部分梯次利用的情況是比較好的，其中80%剩余容量占44%可以說這一部分的電池是整個(gè)梯次利用全部電池中的精華所在。我們對這些電池在梯次利用過程中性能也進(jìn)行了跟蹤性測試，新電池的衰減曲線因?yàn)橛缮a(chǎn)批次、工藝各方面進(jìn)行控制是控制得比較好的，但是電池退役之后它的性能情況可能跟我們預(yù)想差別很大。我們就對這些退役了的電池在梯次利用中的性能進(jìn)行了跟蹤測試，這是測了接近一年的時(shí)間在這個(gè)過程中我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)特點(diǎn)在整體測試的時(shí)候會出現(xiàn)一些衰減突變。在這個(gè)情況下，并不是說電池不能用了，但是容量會出現(xiàn)階梯式的下降，衰減突變在梯次利用中可能會對后面造成很大的影響，因?yàn)樘荽卫玫腂MS控制在各種參數(shù)設(shè)置上跟新電池是不一樣的，但是隨著衰減突變存在會導(dǎo)致閥值出現(xiàn)異常型的失效，本來正常運(yùn)行按照BMS控制策略是非常好的但是發(fā)生突變之后原來的控制策略已經(jīng)控制不住整個(gè)梯次利用的儲能體系。這里舉了一個(gè)實(shí)例是250千瓦2小時(shí)的實(shí)例，用的是出租車上退下來大概四年左右的電池，對于這些電池我們進(jìn)行了簡單的測試發(fā)現(xiàn)主要容量集中在150-155區(qū)域，這里面考慮的就是電池包不是電池單芯。
我們?nèi)绻堰@個(gè)電池用作家庭的小型儲能或者電動自行車的話這個(gè)時(shí)候梯次利用控制的時(shí)候就是浮動值一般控制在8%左右，在這種情況下我們按照這個(gè)再去綜合考慮價(jià)差、內(nèi)阻特性這樣篩選下來之后實(shí)際上只有大概101個(gè)包可以再繼續(xù)使用，其余的包實(shí)際上是很難進(jìn)行配租的。但是如果是移動灌溉車這種因?yàn)樗麜M(jìn)行移動并且規(guī)模性上去之后對于梯次利用的浮動控制要求的更嚴(yán)了一些，大概5%。在這個(gè)時(shí)候所有模組抽樣只有3%能進(jìn)行配組剩余的就很難了。如果進(jìn)行一百千瓦級以下小型儲能的時(shí)候浮動控制根據(jù)我們的研究是控制在正負(fù)4%比較合適的，這個(gè)時(shí)候他的模組篩選率大概是58%，也就是說隨著規(guī)模越大對于應(yīng)用場合要求越高，對于電池的可控性要求也就越高，同時(shí)對于梯次利用可篩選率是在降低的，所以說綜合這個(gè)來看在梯次利用過程中實(shí)際上體量并不是越大越好，盡可能從安全包括成本角度來說選取一個(gè)合適的控制體量這是一個(gè)比較好的平衡，如果要控制到兆瓦級我們做的正負(fù)3%這是一個(gè)硬條件，不可能比這個(gè)再寬泛。實(shí)際上正負(fù)3%這一點(diǎn)就可以看出來，幾乎跟新電池的差別就已經(jīng)不是特別大了，所以說這個(gè)對于梯次利用來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。這是我們進(jìn)行配組的時(shí)候你會發(fā)現(xiàn)整體容量會比其他容量都高很多，還有切換功能的設(shè)置上造成很大的麻煩，因?yàn)檫@一路會跟其他一路都不一樣，到時(shí)候發(fā)指令的時(shí)候?qū)τ谇袚Q包括虛擬同步這些技術(shù)實(shí)際上它的要求都會提高很高，這時(shí)候再去做梯次利用成本優(yōu)勢是很值得考慮的地方。這是以剛才為例的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖可以明顯看出實(shí)際上五路是要單獨(dú)控制的，這時(shí)候?qū)τ赑CS包括連接點(diǎn)的設(shè)備元件考驗(yàn)都是比較大的，在此基礎(chǔ)上我們也開發(fā)了儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，希望通過軟件提前設(shè)定好的參數(shù)拿到一個(gè)電池輸入它的來源信息包括基礎(chǔ)信息自動選擇出很好的篩選方案來支持后面的梯次利用。這是我們做的一些小的嘗試，左邊這個(gè)是早期的家庭儲能產(chǎn)品，右邊也進(jìn)行了優(yōu)化。這是開發(fā)的移動灌溉車，這在國網(wǎng)系統(tǒng)中用的比較多尤其是在山區(qū)里面，還有一些偏遠(yuǎn)地區(qū)需要進(jìn)行負(fù)荷支撐或者農(nóng)田灌溉的時(shí)候，移動式的小型儲能對于建設(shè)專線成本實(shí)際上是很大的降低。
剛才講的是退役電池梯次利用的技術(shù)和應(yīng)用，偏重于技術(shù)方面和梯次利用整體的優(yōu)點(diǎn)。下面主要講一下產(chǎn)業(yè)化若干問題的思考，這是我們近一兩年做了一些功能性案例，但是在做功能案例中感覺出來梯次利用遇到的一些問題，這個(gè)也跟大家提出來共同分享。因?yàn)檫@個(gè)問題的解決可能對于推動將來梯次利用產(chǎn)業(yè)商業(yè)化發(fā)展有很大的好處。
一個(gè)是商業(yè)模式。因?yàn)樘荽卫矛F(xiàn)在的總體思路上是比較清楚的，從報(bào)廢電池到回收公司回收再分選梯次利用，通過梯次利用進(jìn)行儲能系統(tǒng)應(yīng)用，不可梯次利用或者報(bào)廢就直接走入到回收處理。這里就有一個(gè)問題，進(jìn)行商業(yè)模式的時(shí)候往往有四個(gè)地方是不可回避的第一個(gè)是回收。因?yàn)楝F(xiàn)在梯次利用電池都是從動力電動汽車上退下來的，汽車上的電池產(chǎn)權(quán)實(shí)際上現(xiàn)在各有各的方法，有的是歸到整車廠商、有的是歸到電池廠商還有的是歸到供電公司、政府或者是個(gè)人。這一部分電池的來源非常多，他要進(jìn)行回收肯定要找有資質(zhì)公司，鋁電池國家在這塊有一個(gè)導(dǎo)向性但是不是很明確，不像說鉛酸電池的生產(chǎn)廠商就要進(jìn)行回收而且各地環(huán)保部門會根據(jù)每年鉛酸電池廠商回收情況批下一年生產(chǎn)的指標(biāo)數(shù)。鋰電池這塊暫時(shí)沒有很明確的說法，所以將來怎么樣拿到資質(zhì)并且什么樣的資質(zhì)是合理的資質(zhì)這是必須要考慮的問題。另外回收過程中污染處置跟現(xiàn)在國家的政策，污染處置肯定是有償進(jìn)行，這塊現(xiàn)在還沒有一個(gè)明確的說法。比如說我交給處置公司處置我給他錢這個(gè)錢怎么算，這實(shí)際上是沒有明確說法的，包括國家政策層面會不會在這上面給予一定的補(bǔ)助和補(bǔ)貼，這都是沒有很明確的。第三個(gè)需要注意的地方就是梯次利用，它的成本控制也是很重要的。梯次利用大家總覺得舊電視拿過來分選再弄，但是這個(gè)過程當(dāng)中的運(yùn)輸成本、人工成本都需要考慮進(jìn)去而且是如果將來商業(yè)化進(jìn)行的話不可避免的。還有就是儲能系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)識認(rèn)證問題，這個(gè)地方實(shí)際上是有一個(gè)比較敏感的地方，就是說梯次利用電池進(jìn)行梯次利用的時(shí)候我用的比如說是A公司的電池，但你在進(jìn)行梯次利用之后形成的梯次利用產(chǎn)品它的商標(biāo)究竟是屬于哪一方的，是屬于你這還是跟A公司需要再簽訂一定的協(xié)議，如果是做利用處置這從知識產(chǎn)權(quán)和商標(biāo)權(quán)是繞不開。通過我們在實(shí)際應(yīng)用過程中感覺到的事情，我們現(xiàn)在認(rèn)為梯次利用現(xiàn)在直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益是比較困難的，它比較可行的盈利模式是先通過回收造成比較綜合的盈利效益然后再往梯次利用上逐步進(jìn)入。
剛才講到了那么多，但是梯次利用在梯次利用方面的成本控制剛才說了要低成本，這塊的控制主要是在這幾個(gè)地方體現(xiàn)。梯次利用主要是分選、重組包括后期運(yùn)維，這里面可做文章的地方一個(gè)是分選包括剛才幾位專家也都提到了電池制造的時(shí)候數(shù)據(jù)包括電池前期運(yùn)行的數(shù)據(jù)這一部分能拿到多少，實(shí)際上對梯次利用的影響是很大的。如果說有一個(gè)很好的數(shù)據(jù)挖掘的話對于后期的梯次利用分選上需要的成本相當(dāng)于變相降低了，而且分選的時(shí)候包括效率問題，現(xiàn)在的分選實(shí)際上新電池可以做到完全自動化因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)和廠商都是統(tǒng)一的?，F(xiàn)在的人力成本這么高，所以說這塊的效率控制實(shí)際上對于后期的分選控制也是一個(gè)問題。另外就是精度，這個(gè)地方需要大家綜合的考量，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候并不是精度越高越好，剛才說了梯次利用本身所應(yīng)用的場合比如說小型儲能應(yīng)用場地很穩(wěn)定，工況環(huán)境也非常良好，所以說它對于電池的篩選要求并不是特別高，這個(gè)時(shí)候我們在前期做梯次利用分選的時(shí)候是否有必要把精度做到那么高像新電池那樣這是值得商榷的，還有就是重組的話因?yàn)殡姵貋碓词嵌鄻拥乃宰詈迷谥亟M方面盡可能考慮柔性設(shè)置，根據(jù)我們現(xiàn)在實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)來看你取到的電池完全是一個(gè)批次，它所來源是各種各樣的，這個(gè)時(shí)候進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)的話在重組的時(shí)候會節(jié)約很大的工作量。包括連接方式。這一點(diǎn)因?yàn)閲獾囊恍┢噺S商在電池生產(chǎn)的時(shí)候連接方式實(shí)際上是跟他們工業(yè)加工精度有關(guān)，他們的接口情況比國內(nèi)的有些廠商要做的好，國內(nèi)有些廠商連接方式因?yàn)楦鞣N原因所以說做的不是特別好，為了怕連接不良過度焊接這種情況是比較嚴(yán)重的，所以說這個(gè)都會對后期的重組造成效率上的降低。在這兩塊實(shí)際上基本上就占到了整個(gè)成本控制的80%，還有一塊是20%這個(gè)東西就是故障率，我剛才做的那個(gè)圖片里面有兩個(gè)衰減突變的問題，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在梯次利用的實(shí)際情況來看電池廠商生產(chǎn)電池的差異性是比較大的，比較好的電池基本上3-4年中間也不需要怎么更換，但是有的電池可能一年就需要對某個(gè)模塊反復(fù)進(jìn)行更換，這個(gè)時(shí)候在更換電池增加的維護(hù)成本、人力成本包括對于大型儲能實(shí)際上因?yàn)檫B接到主網(wǎng)上之后斷電不是隨便能斷的可能還要申請，所以說這個(gè)造成運(yùn)維費(fèi)用也是非常高的，如果說BMS包括后期設(shè)計(jì)這塊對于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和故障隔離都做好了的話，這塊的運(yùn)營成本也是一個(gè)很大的問題?？紤]到剛才以上的經(jīng)濟(jì)成本實(shí)際上現(xiàn)在梯次利用的成本是高于1000塊錢的，但是這個(gè)趨勢不是不能降低。如果我們共同努力的話實(shí)際上是能降低的。根據(jù)我們預(yù)估從現(xiàn)在的電價(jià)補(bǔ)貼包括各個(gè)方面來算當(dāng)梯次利用成本控制到500左右的時(shí)候就可以實(shí)現(xiàn)初步的盈利，但是如果想讓梯次利用產(chǎn)業(yè)更好發(fā)展我們是要照著200人左右來走的。理想情況實(shí)際上指的是另外一個(gè)問題，國家環(huán)保政策也在發(fā)生不斷的變化，也許將來對于處置責(zé)任倒置會要求你處置倒交錢，那種情況下可能會產(chǎn)生理想情況?，F(xiàn)在梯次利用循環(huán)壽命整體上來說因?yàn)殡姵氐钠废喔鞣N情況也不是特別良好，現(xiàn)在基本上是在800-1200個(gè)循環(huán)左右就需要進(jìn)行更換，所以說這也變相的增加了成本中的運(yùn)維成本，但是隨著這一兩年整個(gè)電池行業(yè)的快速發(fā)展生產(chǎn)制造技術(shù)水平提高包括模組設(shè)計(jì)的提高現(xiàn)在我們預(yù)估了一下，到2020年循環(huán)壽命應(yīng)該能達(dá)到2500次，這個(gè)情況就是比較理想的，按照現(xiàn)在80%的退役剩余的循環(huán)壽命大概還應(yīng)該在3000-3500左右，所以說這樣基本上就能充分利用實(shí)現(xiàn)他的經(jīng)濟(jì)效益。剛才談到產(chǎn)業(yè)化若干問題的思考，下面介紹一下我們實(shí)驗(yàn)室的工作情況。
各方面應(yīng)該說也做了不少的工作，已經(jīng)申請發(fā)明專利13項(xiàng)授權(quán)11項(xiàng)包括新型專利，包括發(fā)表了一些論文論著以及申請了軟件著作權(quán)，包括一些地方的和能源局的信息也都對我們的工作進(jìn)行了報(bào)道給予了很大的支持。對于梯次利用產(chǎn)業(yè)上來說因?yàn)閺膬δ芊矫鎭碚f它的規(guī)模是不斷增長的，而且是整體性的趨勢，而且國家五部委尤其是環(huán)保部這些年對于環(huán)境污染問題的重視都很高?，F(xiàn)在鋰電池還沒有明確列到里面，但是從現(xiàn)在的整體發(fā)展形式來看早晚要列進(jìn)去，這時(shí)候規(guī)范性管理所以說梯次利用包括梯次利用后續(xù)回收都是有很多的內(nèi)容工作值得我們?nèi)プ龅?，而且這里面的利益增長點(diǎn)應(yīng)該來說也不少。我們中間也想象過對于梯次利用回收整體思路，就是說希望生產(chǎn)后能經(jīng)過梯次利用之后再進(jìn)入Pack回收到材料之后，這種材料不許多完全還原到化學(xué)結(jié)構(gòu)原始狀態(tài)，就近進(jìn)行處理之后再轉(zhuǎn)變成做繼續(xù)生產(chǎn)電池形成一個(gè)材料到電池本身的循環(huán)，當(dāng)然這現(xiàn)在是一個(gè)想法，當(dāng)然中間做的過程中還存在很多問題，但是也是整個(gè)梯次利用過程中全產(chǎn)業(yè)鏈角度考慮也是一個(gè)重要的組成部分。這里面包括設(shè)備開發(fā)、拆解工藝研制以及這些材料實(shí)際上都是有很多東西可做的。謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
