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退役动力电池整包梯次利用商业模式探索与实践

作者:中国储能网新闻中心 来源:《汽车专家述评》 汽车专家咨询委 发布时间:2022-01-24 浏览:

中国储能网讯:吕明海,弗迪电池有限公司储能及新型电池事业部NPS工厂厂长。《汽车专家述评》2021年12月刊以“新能源汽车动力电池回收助力‘碳中和’”为主题,邀请中汽咨询委委员和行业著名专家以及有实战经验的优秀企业专家进行撰稿,分为“顶层设计与政策导向”、“先进技术工艺”、“创新商业模式”三大板块,对动力电池回收利用产业发展进行全方位、多层次的研究和探讨。非常荣幸邀请到吕明海厂长为“创新商业模式”板块撰稿,探讨弗迪电池在退役动力电池整包梯次利用商业模式上的探索与实践。以期对行业的发展提供借鉴和思考。以下为全文内容:

退役动力电池整包梯次利用商业模式探索与实践

01、退役电池梯次利用的现状

目前,国内外对梯次利用基本处于商业模式的探索和示范阶段。由于当前的退役电池溯源信息还不完善,电池整包体规格多样,没有形成标准化,这就增加了整包利用的难度。而目前普遍做法是从整包体拆解到模组,模组再进行梯次利用。再有就是模组规格也多样,为了归一化产品形态,保证持续供应和售后维护,把模组拆解到电芯后再重组成标准模组进行梯次利用。这样有三个弊端:1、增加拆解、制造的费用;2、形成环境的污染;3、不同历史工况状态的模组或电芯组装在一起,衰减机理不同,会大大降低梯次利用的寿命以及难以发挥其最优的价值。

随着技术、工艺的进步,电动汽车标准化模组、CTP、CTC的设计得到广泛应用,从长期来看,电池整包体规范化后,整包级的梯次利用将会成为主要的技术路线。同时动力电池系统冷却装置的普及,电池的一致性也将得到很大的提升,更加有利于整包梯次利用的应用,因此我们判断,退役整包梯次利用将是未来的主流形式。

02、退役动力电池的梯次利用价值

目前的电动汽车锂电池主流有磷酸铁锂电池(简称“LFP”)和三元锂电池(简称“NCM”),由于NCM电池的梯次利用寿命区间窄、预期的回收时间拐点比LFP滞后,且NCM电池的再生回收利用价值较高,行业普遍认为NCM电池梯次利用价值低。按照LFP电池的循环寿命4500次测算,电动乘用汽车使用寿命1000次评估,其退役时剩余的循环寿命还有3000次及以上。如果是商用车,一般在70%~80%SOH时就会退役。因此,从磷酸铁锂电池的全生命周期数据来看,其退役后的梯次利用价值是非常巨大的。

同时,随着电芯技术的提升,上万次循环寿命的LFP电池已经上车使用和推广,动力电池先车用后储能的设想成为可能。而且整包梯次利用对应变全球新能源汽车的高速增长和全球新能源的大力发展所引起的电池原材料不足提供了有效的缓解措施。电池一次生产,分段利用,也改善了社会资源的重复浪费和环境的污染,更具价值的创造。

03、退役电池产业链各环节商业模式建议

退役电池整包利用需要稳步健全的退役电池回收交易平台 、回收仓储网络的共享、梯次利用的盈利模式等各环节的商业机制来促成,形成信息透明、公平、公正、共赢的市场氛围,有利于梯次利用产业的健康发展和产业规模化发展。

退役回收环节,新能源汽车在用户使用阶段,一般整车企业都会有云端监控系统实时采集、检测电池的健康状态,那么运用监控数据进行大数据算法评估后,可精准的评估哪些车在哪里在何时退役以及退役时的电池性能参数以及健康状况。可以根据大数据的评价机制建立退役电池的交易平台,现在缺少的是第三方的交易平台提供公正的结算机制。我们也看到了一些数据交易平台正在探索这块市场,建议国家出台相关政策来引导和扶持退役电池的第三方交易平台的建立。

退役电池的回收仓储网点环节,目前按照国家的《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》的要求建设收集型、集中贮存型网点的成本非常高,国家也在鼓励和提倡新能源汽车生产企业在销售区域内,通过自建、共建、授权等方式建立回收服务机构。同时,汽车生产企业可以通过全国的生产工业园区、4S店等垂直整合资源,同时共享其它回收机构来进一步摊销回收网点的管理成本。

在退役电池的整包梯次利用环节,为了让LFP动力电池整包梯次利用价值最大化,应优先使用储能场景。储能可应用于新能源电站的大储能电站、集装箱式工商业储能、户外柜式小工商业储能以及家庭户小储能系统。其次是备电场景,如通信基站的DPS和UPS备电,数据机房的UPS备电,因长时间处于浮充且充放电倍率比较低,对循环寿命要求不高,因此退役动力电池也完全满足此类应用场景。

退役电池整包利用企业可以参与到新能源发电侧、工商业储能的运营收益共享模式,租赁模式或者按期付款的形式来摊销业主方或独立运营方的采购资金压力,以及打消行业对梯次电池质量的顾虑。同时梯次利用企业可以通过BAAS的模式,增加云端服务来消减整体的维护成本,体现电池数字化带来的售后维护溢价。

04、退役动力电池整包梯次商业模式探索与实践

4.1储能电站案例

弗迪电池在2016年就开始开展了整包梯次利用的探索与实践,分别围绕整包备电场景以及储能场景应用展开了针对性的试点工作。在此过程中重点对整包梯次利用商业化存在的问题以及商业模式也进行了探索。

2016年在深圳比亚迪园区建成了占地面积1800m^2,建设容量15MWh/30MWh的退役梯次储能电站,电站全部使用退役电池整包利用,是全球首个 MW 级旧电池梯次利用示范电站。具备调节用电峰谷、平滑光伏发电、提高电网利用率的作用,参与公司用电负荷调节,降低用电成本,延缓电力设备投资。储能电站通过以下两种方式获取收益:1.通过减少厂区最大用电功率容量来减少电费中基本费用部分的支出;2.通过电价低谷时间段充电、峰值时间段放电的方式获得峰谷电价差收入。但从峰谷收益来看,每天运行3个循环,平均电价收益是0.48元/wh,按照3000次的循环寿命计算,可增加电费收益2900万元,3年内可收回成本。由于其它电力部件寿命有10年的寿命,后续的整包电池替换可不再投入电池外的成本,实现正向的收益。

4.2 通信备电案例

在2017年开始,弗迪电池和铁塔集团针对梯次电池在备电领用的应用展开了方案论证和试点工作,经过一年多的试点运行,梯次电池表现优异,完全优于铅酸电池。2018年7月25日,工业和信息化部、科技部、生态环境部、交通运输部、商务部、市场监管总局、能源局七部门联合发布了《七部门关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》,正式批复17省市和中国铁塔股份有限公司为试点地区和企业,中国铁塔为唯一试点企业。铁塔集团从2018年开始,把梯次电池纳入了每年的集团集采项目。同时,梯次电池在备电领域也走向了产业化。到目前为止铁塔集团集采梯次电池容量累计达到6GWh+。

铁塔集团有四万个光伏基站,分布在新疆、青海、西藏等西北地区,每个基站按照电池容量1000AH,电池总量大约2GWh。铁塔集团在2020年1月份在西藏地区试运行了60处的整包梯次利用的光伏基站试点。通过退役整包梯次利用和双向变换器降压到48VDC平台的方案,经过1年多的实际运行验证,整包梯次电池的循环性能和耐高低温特性均优于铅酸电池。按照3000次循环寿命计算,每年替换330MWh,整包梯次电池系统预估采购成本0.8元/wh;相同配置的铅酸预估成本0.8元/wh,铅酸电池循环寿命400次。由此可见,整包梯次利用与基站的优势非常明显。

而且目前5G的大发展,5G基站的功耗是4G功耗的3倍左右,初始投入OPEX高,功耗高意味着基站电费费用高,目前行业共识是通过盘活基站备电电池的循环功效,挖掘电池的价值,通过基站电池参与到电力辅助服务调节以及消峰电谷的能量平移来减少电费的花销,减少基站的运营费用,这部分的价值挖掘也非常可观。

05、退役整包梯次利用方案思考的展望

随着OBC、PDU等双向并网技术的成熟,V2V、V2G功能的实现,那么电动汽车上的电池管理(BMS)、冷却系统、OBC、PDU等部件均可以和电池包所构成的原解决方案系统整体利用,最大化的减少因整包梯次利用所形成的配套二次产业成本,同时也减少对环境的污染、减少二次产业碳排放,我们是非常看好电动汽车上的原动力解决方案的整体利用的,同时我们正在做的事情就是在设计初期把梯次利用的功能兼容到电动汽车的相关电气部件里面,在电动汽车退役时,可以不增加或重新开发相关部件,就直接储能应用。据我们了解,部分BMS厂家在和整车厂合作时,也有把BMS的梯次利用功能植入进去,当整包退役后梯次利用时,再通过有偿服务的商业模式来探索。

同时这种解决方案所形成的固有技术优势是非常明显的。退役电池有个很大的痛点是一致性问题,相比于初始时会变差。传统的储能方案是多个模组串联形成簇,然后多个簇再并联;那么电池一致性变差就会在簇间形成环流,导致电池的寿命衰减加剧,可靠性、安全性也变差。电动汽车上原有的动力电池系统通过OBC、PDU等电力电子部件后再并联,就可以通过这些电力电子部件解决环流的问题,所以无须投入额外的物料成本,更具竞争优势。

06、结语

针对以上的分析,退役磷酸铁锂动力电池,在储能和备电场景中,具备较高的梯次利用价值。同时也是一种解决因电动汽车以及储能市场的大规模发展所引起的电池原材料供需不足的一种电池供应的方案。引入动力电池全生命周期管理 的理念,在电动汽车开发初期,考虑动力电池以及其相关电气部件的梯次利用设计,将电动汽车上动力电池及相关的电气部件整体利用,是减少社会资源浪费,最大化挖掘产品价值的有意义方案。整包梯次利用的厂家可以按照同储能类相同的商业模式,如售卖质保、租赁、共享运营收益等形式提供直流侧的解决方案。最后,期望国家出台梯次储能的相关标准、法规,资质认证等,规范动力电池梯次行业的健康发展。

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关键字:动力电池梯次利用

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