5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。

中國電力科學研究院有限公司儲能電池本體技術(shù)研究室主任楊凱在儲能電站專場，發(fā)表了題為“梯次利用動力電池在電力儲能的應(yīng)用研究”的精彩演講。

演講內(nèi)容如下：

楊凱：

大家好，我是來自中國電力科學研究院有限公司的楊凱，今天跟大家交流一下我們在梯次利用電池方面做的一些工作。因為梯次利用電池現(xiàn)在是一個比較熱門的話題，中國電科院從2012年開始一直到現(xiàn)在，大概做了五六年的工作，今天主要是就這個專題跟大家交流一下。首先了解梯次利用的技術(shù)背景，這個背景大家從各個領(lǐng)域了解的比較多了，因為我們國家的電動汽車現(xiàn)在進入了快速發(fā)展時期，2017年銷售了77.7萬輛，2018年預(yù)計將超過100萬輛，伴隨而來的是電動汽車電池退役量逐漸增大，到2020年退役量將達到20GWh，到2025年預(yù)計將達到90GWh。如此大量的退役的動力電池，梯次利用是非常有必要的。

所謂梯次利用就是將退役的動力電池經(jīng)過重新的適配，在一些相對來說利用率比較低的場合再次利用，目前梯次利用有三個應(yīng)用場合，第一是梯次電動車，第二是電網(wǎng)儲能，第三是通訊基站的應(yīng)用。

對于梯次利用的意義，我們總結(jié)主要有三個方面，一是它能延長整個電池的使用壽命，提高全壽命周期使用的價值，如果在梯次利用這個階段中電池仍然能夠獲利，它也可以變相降低在電動汽車這個領(lǐng)域應(yīng)用的時候采購電池的成本。第二方面就是在儲能方面，如果梯次利用能夠應(yīng)用于電網(wǎng)儲能，與新電池相比，它就會降低儲能工程的造價，也就降低在儲能這個環(huán)節(jié)中用戶用電的成本。第三方面是體現(xiàn)了對資源的充分利用，具有比較好的環(huán)境效益。

目前在梯次利用這個行業(yè)當中，國內(nèi)和國際上做了不少的示范工程，在國內(nèi)主要有比亞迪、北汽新能源、鐵塔集團，還有國家電網(wǎng)公司、南網(wǎng)等等都做了一些示范工程，國外主體是車廠為主的，比如說通用、尼桑、寶馬等等。目前在梯次利用方面主要開展的技術(shù)，主要的技術(shù)環(huán)節(jié)包括電池狀態(tài)的評估，電池從電動車上退下來以后，它的健康狀態(tài)是什么樣的，還有多少的可以應(yīng)用的價值，再一個是分選重組，還有一個是梯次利用的電池安全性是有所降低的，在安全管理方面還要做一些工作。分析國內(nèi)和國際在技術(shù)發(fā)展趨勢上來講，基本上可以判斷有兩個發(fā)展趨勢，第一是梯次利用電池從最初期的將電池拆解為單體的應(yīng)用，發(fā)展到目前主流的技術(shù)趨勢是整模組的應(yīng)用。第二個趨勢是示范工程的規(guī)模從最開始的千瓦級到現(xiàn)在的兆瓦級。

目前我們認為在電力儲能的應(yīng)用是大規(guī)模消納退役電池應(yīng)用的一個有效的手段，目前新能源發(fā)電大概可以消納120GWh的退役電池，梯次利用電池給電力低成本化帶來了機遇。目前對于梯次利用電池在電力儲能方面還有一個比較顯著的優(yōu)勢，就是因為電力儲能的場景非常豐富，可以為不同性能曾經(jīng)的退役電池提供一些應(yīng)用的場景。這里列了5個主要的場景，我就不再細說了。

第二方面介紹一下我們在這幾年當中，在梯次利用電池方面做的部分工作。

我們依托2016年獲批的新能源儲能并網(wǎng)運行控制國家重點實驗室，我們在梯次利用方面做了狀態(tài)評估、壽命預(yù)測、系統(tǒng)集成、經(jīng)濟性評價等等的研究工作，我們在張北儲能實驗基地當中也做了幾個示范的工程，今天我介紹部分的工作。

我們主要是針對三類電池做了研究，一種電池是2008年奧運會電動汽車上退役下來的電池，這是錳酸鋰的電池，是2012年退役的。第二類是是深圳K9電動車上用的電池，這是2015年退役的電池，第三是青島薛家島電動車上退下來的電池，這是2016年退役的。

退役的錳酸鋰電池，就是2012年退役的這類電池，我們經(jīng)過測試這些電池的主體容量是55安時左右，理論上電動車上用到80%就會退役，但是這個電池到我們這里只有50%到60%的容量。從內(nèi)阻上也可以看到它的分散比較大，初始內(nèi)阻，新電池是0.5到0.6，退役下來分散的比較大，最大的都到1.5豪歐，所以我們把它分成了大概6個檔位。從容量的保持率來講，應(yīng)該講大概一半以上的電池容量保持率還是比較不錯的，大概能占到95%以上。

我們測了這個電池的倍率和溫升特性，從發(fā)熱量來看，在50安培電流下，溫升大概在5度左右。我們根據(jù)這個電池測算了它的實際使用壽命，我們選了其中一個場景，是UPS工況下，我們做了適應(yīng)性的評測，我們算了容量保持率和擱置的公式，在UPS工況下，這個電池預(yù)期的使用壽命大概是3年。而作為移峰填谷應(yīng)用的測評，如果這個電池在移峰填谷的情況下，它的使用壽命大概1500次。作為平滑的工況來講，我們選了四個電池，一個是容量大概相同，內(nèi)阻不同的，二是內(nèi)阻差不多的，容量有所變化的，在平滑工況下做了預(yù)測，可以看到這個電池在平滑工況下的表現(xiàn)性能不太好，從這個圖上可以看到容量的保持率比較差。

我們對這個電池參照2006年的標準做了7項安全性的測試，這個電池在7項安全性測試下都是能夠通過的，能夠做到不起火、不爆炸。因為這款電池我們做了一個儲能的系統(tǒng)，裝在大興電動出租車充換電站，這一款產(chǎn)品在參與運營以后，循環(huán)了不到100次，電池性能急劇降低，就是電池的一致性分散過大，快速分散，這個電池我們在組裝的時候，是把它拆成了單體，經(jīng)過了非常細的分選、重組，又組成了新的模塊和系統(tǒng)，即便是這樣，它的性能也急劇下降。因此我們可以基本判斷，大概在2012年以前生產(chǎn)的咸吃，因為本身生產(chǎn)能力所限，所以當年生產(chǎn)的電池梯次利用的價值是不大的。

下面再看第二款電池，200安時的磷酸鐵鋰電池，這是K9公交車上退役的電池。初始的時候是200安時，到我們手上大概是150到160，可以看到這個電池的分散性很小，一致性還比較好，容量基本上是在145到160之間，內(nèi)阻增大幅度也不大，容量保持率也是很好的，80%的電池容量保持率還能在97%到98%。

可以看到這個電池在充放電過程中的性能還是不錯的。從望升特性來講，在0.5C、1C和2C我們測了一下，在0.5C狀態(tài)下大概溫升2度，1C升溫超過5度，2C溫升超過10度，因此我們建議考慮到它的安全使用性，溫升應(yīng)該控制在5度以內(nèi)。

在安全性測試當中，電池也出現(xiàn)了鼓脹的現(xiàn)象，但是通過這些安全性測試，都沒有問題。

我們重點關(guān)注電池的壽命分析，這個電池我們做過百分之百的DOD，全充全放的，80%DOD和20%DOD，可以看到這個電池在百分之百DOD的情況下，測了4000次的循環(huán)，容量仍然有93%，80%DOD測試5000次，容量還有91%。

針對這款電池我們建設(shè)了一套250千瓦/1兆瓦時的儲能系統(tǒng)，這套系統(tǒng)安裝在國家電網(wǎng)張北儲能實驗基地的儲能實驗室當中。這個主要是用于平滑風電，做一些調(diào)頻，這個系統(tǒng)從2016年3月份安裝到現(xiàn)在將近一年半的時間，系統(tǒng)運行還是比較穩(wěn)定的。

第三款電池是磷酸鐵鋰電池，是青島退下來的電池，這個電池初始容量是22安時，退役下來以后，60%的電池容量在19安時以上，分散度也不算高，有將近70%的電池列組是在3到4之間。同樣我們也測了它的倍率和溫升情況，可以看到基本上這個電池在0.5C下面溫升在1度左右，1C溫升也不超過3度，在這樣的情況下，0.5C、1C使用都沒問題。

再一個是高低溫的充放電特性?？梢钥吹竭@個電池的充電在0度狀況下也能充到必90%。同樣氣象的安全性測試也沒有問題。

壽命特性，這個電池百分之百DOD循環(huán)1400次以后，容量保持率大概在93%，80%的DOD循環(huán)2000次，容量保持率大概在90%左右，28天的自放電的擱置性能也是不錯的，大概在98%。

這款電池現(xiàn)在由許繼集團負責工程建設(shè)，電科院提供技術(shù)支持，做一套3MW/9MWh的系統(tǒng)，目前計劃安裝在國家風廣儲輸示范工程二期，主要做風電平滑、光伏消納、跟蹤計劃，這個系統(tǒng)目前正在安裝調(diào)試當中。

最后根據(jù)我們這幾年做的工作做一些總結(jié)。首先我們認為并不是所有的動力電池都適合做梯次利用，像我們前面介紹到的第一個示范工程，可以看到基本上在年份比較早(2012年以前)的電池，因為當時的電池本身的技術(shù)水平和制備水平不高，經(jīng)過電動汽車應(yīng)用階段以后，梯次利用價值比較低，而且安全隱患比較大。第二是梯次利用國家當中，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，像快速的性能評估技術(shù)，包括健康狀態(tài)的評估和殘值的評估。第二是低成本的分選重組，在梯次利用這個階段當中，低成本我們認為是最關(guān)鍵的一項指標，因為本身就是要實現(xiàn)它的低成本，如果在各個環(huán)節(jié)中的成本降不下來的話，很難跟棄電競爭。再一個是由于它的安全隱患有可能比新電池增加，所以在梯次利用當中，安全的預(yù)警，包括后期的安全的防護比新電池更要考慮得周全一些。第三是對不同狀態(tài)的退役動力電池，應(yīng)該選擇合適的應(yīng)用場景，在電力儲能這個領(lǐng)域當中，可以根據(jù)不同性能的梯次利用電池給它一定的場景，保證電池安全使用的情況下，盡可能發(fā)揮各個階段梯次利用的剩余價值。

對于這個技術(shù)的展望來講，首先對于退役電池來講，它的性能肯定是越來越好，從剛才我們做的示范工程可以看到，像我們介紹的后面兩個示范工程還是很不錯的，性能會越來越好，同時價格會不斷地降低。第二方面，動力電池整個這套歷史數(shù)據(jù)、通訊協(xié)議、梯次利用電池再退役的環(huán)節(jié)現(xiàn)在考慮的越來越完善，現(xiàn)在很多企業(yè)已經(jīng)有意識，在做動力電池應(yīng)用之時就考慮好將來退役后的梯次利用階段，所以相對來講可以降低梯次利用整個環(huán)節(jié)的成本，提高它的經(jīng)濟性。國家這兩年對梯次利用的扶持力度也很大，從2016年到2018年，國家各個部委相繼出臺了將近15項政策，提到了梯次利用，可以說國家層面對這個事還是很重視的，另外國家的重點研發(fā)計劃也部署了相關(guān)的內(nèi)容。也就是說現(xiàn)在從技術(shù)層面和在政策層面上的支持，我們認為梯次利用技術(shù)在電力儲能方面還是很有發(fā)展前景的。

(本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核)