基于研究及應用基礎的動力電池梯次利用再認識1已有研究及應用基礎再認識梯次利用產業化的幾點思考

總結與展望123422400023000220002-標

稱

容

量1-發收電志-

9

0

%

標

稱1-160oo15001400o130001120501001502002503035044505550Go電

芯

編

號衰減特性及離散性一剩余容量可觀，

一致性有所下降發

軟

5

0

.

8

6

%項口

數量一、已有研究及應用基礎外觀特性(2012年左右退運電池)1、建立了退役電池本體特性評價方法(一)分析測試2100020000190001800017000發軟氣脹其它不良度品2030

500電池編號183142061343電池內阻(mo)80-ms電的編號電池編號氣

電

芯品電名800

0012000a150322016年退運電池8

需

R

538FF

品品島

86

三

S

日

日

日

日

圖電

池

模

塊

編

號公交大巴，換電模式運行5年后的退役電池一、已有研究及應用基礎1、建立了退役電池本體特性評價方法(一)分析測試75%剩余容量n

四

A容量離散性135791113151719212325272931333537394143454749515355電

池

模

塊

編

號出租車，投運4年后的退役電池240225210195180165150135120105907560453015019518016515013512010590756045301502015年退運電池80%剩余容量70%剩余容量放電

容

量(

A

h

)放電容量(Ah)4一、已有研究及應用基礎(一)分析測試1、建立了退役電池本體特性評價方法退役電池容量分布√

公交大巴換電模式，投運5年后退役；

√

56個模塊，單個模塊2串12并(6.4V,264Ah),

單體22Ah;√

軟包磷酸鐵鋰；√

70%剩余容量占89%;√

80%剩余容量占44%。退役電池模組性能測試分析■80%■70%■75%■85%55%60%50%65%■45%16%29%3%%14%30%518000-#

2

電

池

充電容量17800-放電容量1760017400-17200-17000-16800-16600-16400-16200+0

200400600800.1000.12001400160018002000循環次數17800

#3電池17600174001720017000168001660016400162000

200400600800,100012001400160018002000

循環次數隨機抽取5個模塊，拆成單體電池，共計120支單體電池，從中隨機抽取12支(#1~#12),共計循環2000次左右。退役電池容量衰減率與循環次數呈線性關系。其中#2電池的衰減率最大為7.38%,其次#3電池(6.33%)1、建立了退役電池本體特性評價方法(一)分析測試容量循環衰減性能一

—

充電容量

放電容量容量衰減率(%)容

量

(

m

A

h

)容

量

(

m

A

h

)循環次數6Discharge

Capacity

Diagram

of

No.1~10

Battery18500衰

減

突

變No.318250No4-No.5-No.6180001775017500172501700016750165000

100200300400500Cycle

Times衰

減

拐

點cyse

Gapacity

Diagram

of

No.1~10

Battery18500→No.118250180001

7

7

5

0

卡No.1017500-17250-17000-16750-165000100200300400500600700800Cycle

Times一、已有研究及應用基礎1、建立了退役電池本體特性評價方法(一)分析測試容量循環衰減性能Discharge

Capacity

(mAhNo.2No.3No.4

No.5

-No.6

-No.7—No.8

—No.9ChargeCapacity

(mAh)—No.7

—No.8

No.9

—No.10600700800No.1No.2己7退役電池衰減加速特征20000T#

1

電

池充

電

容

量18000-

放電容量16000-1400012000100008000-6000400020000-200400600800100012001400160018002000循環次數在循環至1242次之前，其衰減率平均為4

.4%,且在1242次之前，容量衰減率與循環

次數間保持較好的線性關系。循環至1243次及以后，容量衰減率突然增大近100%。12支單體電池循環2000次左右后，僅#1電池出現了上述衰減突變現象，發生概率為8.3%。退役軟包磷酸鐵鋰單體電池在1C

充

放

電

條件下循環700次，剩余容量為80%左右，

循環700次以后電池容量下降非常明顯，到780次時剩余容量僅剩2Ah

左

右一、已有研究及應用基礎1、建立了退役電池本體特性評價方法容量循環衰減突變性能(一)分析測試容量衰減率(%)循環次數容

量

(

m

A

h

)86

80實驗項且編號實驗現象判定標準判定結果高溫A22-0343電池無泄漏，無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A16-2545電池無泄漏，無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格過充A10-1598電池無泄漏，試驗最高溫度31.7C;電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A07-1086電池無泄漏，試驗最高溫度30.6℃;電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格針刺A06-0937電池無泄漏，試驗最高溫度21.4℃;電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A05-0552電池泄漏，試驗最高溫度126.3℃;電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格擠壓A06-0894電池無變形，無泄漏；電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A05-0689電池無變形，無泄漏；電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格短路A11-1624電池正極極耳瞬間熔斷，無泄漏；電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A17-2670電池正極極耳瞬間熔斷，無泄漏；電池無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格過放A06-0826電池無泄漏，無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A14-2196電池無泄漏，無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格跌落F01-0091電池無泄漏，無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格A08-1123電池無泄漏，無起火，無爆炸。不起火，不爆炸。合格第三方安全性測試——滿足梯次利用要求一、已有研究及應用基礎1、建立了退役電池本體特性評價方法充放電特性一梯次利用適合于不超過1C

的充放電倍率下工作(一)分析測試yolagaw363432卡302

6-2.4-2220

1.8

古

o

740

7o

7o循不次數0.1C0.

2C0.3C0.5C1C2000

oo99oo0

80o010000Capacitv(Ah)11816141210-12

000

1400容量Ah外觀完好，無破損，無變形，標識清晰◆利用工業CT無損檢測及三維成像技術，對退役電池內部結構進

行檢測并實現三維成像，觀察電池內部電極片是否存在鼓漲現

象，以此判斷電池健康狀態；◆利用7Li核磁共振成像儀無損檢測技術對鋰電池碳負極進行成分

分析，檢測是否存在纖維鋰，判斷電池安全性。判斷標準：碳

負極上鋰纖維含量≤15%(Li/C,wt/wt)材料分子尺度及微納尺度變化高于放點截止電壓健康狀態

安全性大于額定值的75%大于額定值的70%退役電池分選及重組標準不低于常溫實際容量的65%

大于額定值的80%不低于額定值的70%退役電池梯級利用分選評估方法(Ah)開發了利用工業CT、

核磁成像等無損檢測方法，并結合外特性分析測試手段的梯次利用分選評估方法，在不

破壞電池的情況下更精確的判斷電池內部的微短路，及微結構變化，提高了分選出電池的安全性和可靠性。1、

開

發

出

退

役

電

池

梯

次

利

用

分

選

評

估

技

術一、已有研究及應用基礎分選項電

壓(V)內阻

(mo)常溫0.3C放電容量(Ah)常溫05C放電容量(Ah)低溫0.3C放電容量(Ah)高溫0.3C放電容量(Ah)常溫荷電保持能力(Ah)低溫荷電保持能力(Ah)

高溫荷電保持能力(Ah)分選項(歷史參數)0.5-1.0倍率的條件下進行充電，至電壓達到4.5-5.0V的次數(次)

0.5-1.0倍率的條件下進

行放電，至電壓達到

1.0-2.0V的次數(次)

50-80°C高溫下運行次數

(

次

)使用年數(年)電池常溫h

率放電容量(二)技術開發1

、

外

觀

識

別

分

選2、電池性能特性參數分析

電池內部結構特性分析電池報廢與否電池可用性及性能衰退原因不大于5不大于5

小于8大于60%3、工業CT無損檢測

及三維成像技術增加值不大于初始值的1.5

倍要求不大于5不低于常溫實際容量的85%3、核磁共振成像技術性能特性分析外觀識別分選內部結構檢測不低于額定值的70%要求101-5mΩ1C:500-700

次循環后下降

40-80%0.3C/0.5C:500-700次循

環

后下降5-15%;1000-2000

次循環后下降50-80%30%-40%不大于18%可用性判據指標體系一、已有研究及應用基礎執行較低標準要求串聯，電壓不超過

60V。先并后串，并聯數不

超過5支，且電壓不

超過60V。串聯，電壓超過60V。先并后串，并聯數5-10支，且電壓超過

60V。可用性評價標準(二)技術開發1、開發出退役電池梯次利用分選評估技術內阻容量隔膜孔隙率隔膜穿刺

強度下降率可用性判據50%-70%30%-50%10%-30%10%-20%賦值權重執行較高標準要求11◆電池組放電時，啟動主動均衡，此時被

動均衡關閉。電池組放電至欠壓，主動均衡

結

束

。◆電池組充電時，先使用主動均衡對電芯

進行能量搬移，在電芯電壓接近過壓點時

,關閉主動均衡，啟用被動均衡。充電末端啟動S1WLs2

[w需要開發可靠、響應快、精度高的均衡技術電池均街方法均衡效率很低被

式

主

式

可靠性低件方

教件方案

DC/DCt

中式

分散式退役電池智能分時混合均衡技術：通過硬件電路修改和矩陣搬移的軟件算法，

將主動

均衡與被動均衡結合起來，實現了在不同的情況下使用不同均衡方式。一、已有研究及應用基礎2、開發了退役電池梯次利用重組管理技術(二)技術開發-W

—w雙肉均衡單肉均衡電池組壽命困境放電及充電前期啟動路母藏意路母度飛OP2N□P3sv22v1“12*電中一、已有研究及應用基礎2、開發了退役電池梯次利用重組管理技術(二)技術開發修正后的SOC綜合估測方法

智能分時的主動被動協同統一混合均衡技術研制出退役電池梯次利用管理系統13生產日期2012年批次不詳應用場合出租車運行年限約4年運行公里約60萬類型鋼殼磷酸鐵鋰篩選標稱0.3充放電，2個循環挑選時間15天總數量約200模組容量≥150AH模組串數8串1并容量數量150-15560155-16026160-16519165-17014170-1758175-1803180-1852合計132>

開發250kW*2h的退役電池儲能系統，應用于某新能源試驗示范基地

>儲能系統具備削峰填谷、并離網切換功能一、已有研究及應用基礎電池重組集成案例分析(三)系統集成11%14%20%150-155155-160160-165165-170170-175175-180容量分布圖2%

2%■180-18545%6%14

一、已有研究及應用基礎(三)系統集成容量數量150-164.5101164.5-178.928>178.92容

量

分

布圖1%22%77%■150-164.5■164.5-178.9■>178.9容量分布圖150150159-16816817*177容量數量150-15982159-16832168-17714>1773當標準定為±8%時，有77%的

模組可以很好的配組，另有

22%的模組可以滿足配組的基

本要求，有2%的模組，共計2

個模組不能用于配組電池重組集成案例分析當標準定為±5%時，有63%的

模組可以很好的配組，另有

24%的模組可以滿足配組的基

本要求，有13%的模組，共計

1

7

個

模

組

不

能

用

于

配

組±8%,適用場合移動灌溉車

退投電池儲能±5%,適用場合15容量數量150-155.566155.5-160.923160.9-166.323166.3-171.79171.7-177.18>177.13容量數量150-157.276157.2-164.427164.4-171.618171.6-178.89>178.82當配組標準定為±4%,有58%的

電池模組可以很好的配組，另有20%的電池模組也能滿足配組的條件，有22%,共計29個模組不能用于配組。當配組標準定為±3%時，

有50%的電池模組滿足配

組要求。有50%的電池模

組不能用于配組一、已有研究及應用基礎容量分布圖14%58%20%電

池

重

組

集

成

案

例

分

析(三)系統集成±3%,適用場合兆瓦時級■150-1555■155.5-160.9■160.9-166.3■166.3-171.7■171.7-177.1>177.1■150-1572■1572-164.4

■164.4-171.6■171.6-178.8■>178.810

0

千瓦

級

及

以

下±4%,適用場合容量分布圖50%18%1617%第一組第二組第三組第四組第五組序號容

量

(

A

h

)序號容

量(

A

h

)序號容

量(

A

h

)序號容量(Ah)序號容

量(

A

h

)1150.13928151.83155153.85482158.923109165.7792150.14829151.83156153.87283159.261110165.8033150.14830151.9557153.92284159.836111165.8034150.17631151.9558153.93885159.979112166.0525150.1932152.05459154.79786160.422113166.8326150.19333152.07160154.84187160.486114167.2987150.32834152.08561155.29888160.858115167.5488150.33835152.262155.37289161.072116168.5499150.3613615238863155.44990161.39117168.84110150.36137152.41964155.4891161.426118168.88711150.40838152.43865155.4892161.671119169.04712150.41939152.78766155.50893161.855120170.39513150.41940152.867155.67194162.115121170.73914150.47541152.868155.78695162.21122171.88815150.61842152.83669155.94796162.21123173.76716150.65743152.84870156.0797162.308124174.04217150.65744152.91271156.0798162.594125174.46918150.73245152.97772156.2499164.031126174.79919150.78346153.00173156.401100164.033127174.84920150.7947153.00174156.882101164.347128175.63121150.83848153.10775156.936102164.496129176.36922151.15649153.22476157.169103164.653130177.88123151.19250153.26777157.451104164.822131180.055241513751153.43378157.451105165.123132182.85425151.37152153.48679158.002106165.1513326151.47953153.69780158.118107165.1513427151.70554153.85381158.312108165.779135平均值150.646152.713155.938162.452容差±1%±1%±2%±2%±3%To

Femcle

CamputaPCSCCU

HNIAC/C中

To

BMCDCBUSToBNC

To

BMC

To

BMCImerCANBUScANDuteypus27

-DWU527CNW502CNNBWU501電池重組集成案例分析-250kW/500kWh

集成方案一、已有研究及應用基礎(三)系統集成儲能系統拓撲結構Drtey

pen27DuterpaN227BoteyD*201BN20poces502pockH02pes101-BMU101BMU102BHU127pa*202BalteryBatteryBCBotlayBoteryBattryBM201pot5117W227CANCANCANCANCANCAN主要性能容量風力發電

機垂直軸微風風力發電2×10

kW光伏發電單晶透光光

伏50

kW儲能系統移動式儲能100kW/140kW

h●2013年8月建成，國內首個給予退役電池的風光儲混合微電網一、已有研究及應用基礎(四)工程示范國內首個商業化開發的梯次利用儲能項目，250kW/500kWh18

一、已有研究及應用基礎

(四)工程示范移動灌溉車退役電池儲能βkW移動式灌溉車：靈活輕便、工藝簡單

、操作維護方便證程電通平聞首次將退役電池

梯次利用于變電

站UPS電源家庭應急供電系統3kW/3kWh,

可

多機并聯，提供電

力備份首次將退役電池

梯次利用于電動

摩托車，實現試

驗示范園19電壓異常

電極銹蝕退役電池儲能系統故障分析一、已有研究及應用基礎氣脹及物理性破損最為常見

20(五)典型故障已有研究及應用基礎再認識梯次利用產業化的幾點思考

總結與展望123421梯次利用概念及定義●動力電池SOH低于70～80%,不適合繼續

作為動力電池使用，應退出運行●這類電池還具有較為理想的剩余容量，

理論上可以再利用于儲能系統ofEnergyAfterFull

ChargeApp100%Appr90%Ap80%

pp70%以

前

的

鋰

離

子

電

池1

次

利

用o因國2000

40006000充電循環數[次]2

次

利

用80001000012000二

次

利

用

的

開

始又10二、再認識梯次利用基本概念8o604020oL05,YearsLater3

Years

Later■Comparison容量保持率%]Remaining1Year

Later22●●●●如何認識梯次利用梯次利用不是電池全壽命周期的必要環節

沒有強制回收，梯次利用無法市場化不能為了梯次利用而梯次利用，只有電池質量

過硬、成本極低、應用場景高度匹配，才有開

展梯次利用的必要性，缺一不可永遠不要跟新電池比成本差，理論上，梯次利

用電池應無償獲得，甚至逆向有償獲得23ResellReselbatteriesfor

various

appllcations二、再認識梯次利用基本概念ReuseSecond-lifeuse

of

batterioswith

high

residual

capacityRefabricateRepackageto

fit

client's

needsRecydeSalvagerawmaterials動力電池全壽命周期zCro

Emission梯次利用是“偽命題”嗎?技術上的研究、創新及示范，無可厚非，怎么做都有意義若電池在設計、生產、品控、使用等環節有缺陷，則梯次利用不背鍋如果所有的指標都對標新電池，則梯次利用沒法做●但安全、可靠必須對標新電池，否則梯次利用沒必要做二、再認識梯次利用基本概念24關于分選(篩選)●外觀檢視是必要的●不管怎么分選，

一致性差是客觀存

在的，無法規避●沿用新電池的分容定容思路，不可

取，成本太高●現階段，快速分選技術還沒有二、再認識梯次利用核心技術25關于重組集成●給100個電池模組尋找一個統一的參量

指標，是不現實的。嘗試著將其分成五

組，每組保證執行同一標準，但各組件

不必強求一致●利用逆變技術和系統設計新思路，電池

的離散性可以解決的二、再認識梯次利用核心技術26二、再認識梯次利用27185135791113151719212325272931333537394143454749515355電池模塊編號關于均衡●

BMS無法解決退役電池先天的不一致，只

能部分解決充放電過程的不一致性●

保證安全和出力的情況下，設定同一充

放電截止條件，也許可行核心技術放電容量(Ah)關于梯次電池衰減及壽命●梯次利用電池的衰減及其規律，不

是梯次利用造成和獨有的，因為電

池還是那個電池●單純實驗室研究梯次電池衰減規律

沒有意義，具體場景下的衰減特征

才有借鑒性●

離開電池質量和梯次利用場景，去

評價其二次利用壽命，沒有意義二、再認識梯次利用核心技術容

量

(

m

A

h

)28正確看待梯次利用儲能系統梯次利用儲能系統不能跑“馬拉松”和

“

百

米

沖

刺

”●儲能系統不止有大規模儲能，還有各種小

規模/規格儲能，當然小規模不是不可以匯聚成大規模●沒有證據證明梯次電池安全性一定有問題●梯次利用儲能系統運行過程個別模組劣化

故障，很正常，新電池也存在，無非是幾

率和概率的問題29可以再利用，但畢竟不是新電池H獲的皆品石服救進獲的理被h

的二、再認識梯次利用產品與市場梯次利用現狀●目前沒有真正意義上的退役電池：

絕大部分不是因容量正常衰減至80%

而退役，而是各種各樣原因產生了

退運電池●沒有完整的示范運行數據，無法系

統判斷其安全、壽命及場景適應性●示范項目居多，真正商業和生產運

行的項目很少二、再認識梯次利用產品與市場30梯次利用困境●量小、質差、不強制回收是市場化的最

大障礙●成本高企，與新電池儲能比，沒有顯著

的成本優勢●梯次利用過程產生的環境效益未體現在產品價值/價格中理想很豐滿，現實很骨感■梯次利用市場規模/億元

回收拆解市場規模/億元數據來源：EVTank,

伊維智庫整理，2018,09

—二、再認識梯次利用131.050.9380.112022年E—-EVFank產品與市場110.937.9772.32021年E140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.0066.822.5644.212020年E圖2:2018-2022年中國動力電池梯次利用及回收拆解市場規模：億元30.112.1217.992019年E2018年E12.231梯次利用如何市場化退役電池量足夠大，且強制回收無需拆解、篩選，模組直接使用●

電池制造質量和電動汽車運維水平

顯著提高●無限期的免費售后更換(彌補壽命

不足)梯次利用

如何可持續重組低

成本二、再認識梯次利用產品與市場電池零成本壽命

可觀32已有研究及應用基礎再認識梯次利用產業化的幾點思考

總結與展望123433機遇挑戰梯次利用機遇與挑戰成本優勢

不確定性儲能需求

與發展三、產業化的幾點思考新電池價格下降34高度依附

與依賴性大量電池退役梯次

利用◆壽命◆

其他車Go0400-300-200-1002007年2017年18650Cals2012年18650Cis-2.6An1

.

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》2.2An動力電池梯次利用儲能技術結構簡單化

技術標準化

系統模塊化適合百千瓦級及以

下規模尤其直流電源、家

庭儲能等一致性好的可組成MWh

級最多拆解至

模塊乘用車可考慮整組

直接利用多并少串0.5C及以下更好合

適

的DOD環境溫、濕度嚴格

控