中国储能网讯：2017年4月24-26日，第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉大酒店圆满召开，来自中、美、英、德、澳、日、韩等国家的1400余位嘉宾到场参会。大会共邀请140余位行业专家与企业代表，围绕产业热点话题，发表了一系列精彩演讲，中国储能网将向读者传递本次大会最具价值的声音。

大会期间，国网河南省电力有限公司电力科学研究院高级工程师赵光金，在“电动汽车与动力电池专场”，以《退役动力电池梯次利用最新研究进展及应用实践》为题发表演讲，现将演讲主要内容发布，以飨读者。

赵光金：各位同行，大家上午好！由我代表国网河南省电力有限公司电力科学研究院给大家介绍一下动力锂电池梯次利用最新的研究进展及应用实践。因为河南电科院在电池梯次利用方面算是比较早的，从2010年开始就介入这方面的研究，这两年也取得了一些成绩。我的介绍分下面四个方向，首先是介绍一下背景。因为刚才很多专家介绍的是电池储能相当于生产应用的前端，我现在要介绍的梯次利用包括回收处理实际上是处于产业链的后端。现在的环境污染问题比较严重，所以说在环保方面大家也是非常的重视包括汽车尾气污染，实际上汽车尾气的问题进一步推动了燃油汽车向电动汽车方式的转变。从产业政策方面来讲包括实际现在的发展情况，这两年电动汽车的发展素吨越来越快，整体带动锂电池的发展也在迅速推动，但是这也带来了另外一个问题，就是这些电池大量的被用于电动汽车上包括按照相关的规定从安全角度80%电动汽车上的动力电池就要进行退役，这些退下来的电池去到哪里、怎么处置这是一个很严峻的问题。前一段时间关于固体废弃物的处置实际上就已经提出来这个问题了，每年大量的固体废气物作为垃圾现在没有很好的处置方法只能是简单的填埋或者是一些技术性处理，但是真正能做到完全控制的处理只是很少一部分，所以说如何从整个产业链角度考虑减少产生量这是一个比较切实的问题。根据国网公司2015年进行过摸底，国网公司自己掌控的退运的动力锂电池达到了100兆瓦时这个量是很大的，未来随着各种类型电动车的推广所以说这个电池的量会越来越多，而且这一部分电池从现在的趋势因为产权问题有的在车企有的在公司有的在电网公司，所以说这一部分电池将来的处置模式也是我们需要解决的。从这个角度来讲，梯次利用提出了解决的方案，因为电池组成本身在整个整车成本比重占的是很大的，而且通过梯次利用用于储能等等方向首先就解决了电池全寿命周期的使用，节约了矿产资源过度开发。另外一方面，解决方案的提出也在一定程度上可以消除环境隐患和安全隐患，这是动力电池梯次利用发展的必要性，这个就不再多说了。

下面介绍一下退役电池梯次利用技术及应用。梯次利用因为从安全性角度上来说已经不再适合用于动力汽车，但是通过我们的研究包括各种安全测试来看用于轻型电动车包括小型储能备用电源和观光车还是没有问题的，现在各种研究情况国内外主要是进行探索性研究，也就是示范工程为主，而且应用领域并不是多样化的主要集中在一些小型备用电源这块，而且是一些验证式的研究为主。我们从这三个地方考虑希望加强基础研究和标准化产品的设计研究，还有一些功能化的应用。按这个思路我们对于通过退役电池本体跟新电池在各种性能上差别的研究，进一步评估它在进行梯次利用时候各种应用技术开发包括重组、均衡、电池管理系统包括储能和微网相结合以及在实际工程中的应用来进行进一步的验证。之前的研究结果我们从衰减特性、内部理化特征、安全性、热特性以及寿命预测等等方向对电池本体进行了一个比较全面的评估。综合我们的研究结果来看电池梯次利用在可行性方面是没有问题的，它的安全性可能不像新电池要求那么高，但是在可控的范围内、在可控的应用场合下安全性是可以得到保证的。

再一个就是我们研究整个退役电池组的拆解工艺，包括整车下来放电预处理、进一步拆解以及最后对电池的拆卸，我们在工程化应用的过程中发现实际上拆到单芯存在一定的问题，就是从经济成本包括后续重组再利用包括中间的测试等等都会有。我们现在选择比较合适的模式认为是拆到电池包为主，拆到电池包之后以整包为单位对电池能否梯次利用进行整体性的判断。在这方面我们也根据现在的行业趋势，现在都讲究智能制造我们也提出智能拆解，所以说我们也提出了简单的拆解装置研发。下面具体讲一下退役电池的电池组性能测试，我们根据从公交大巴换下来的退役电池情况具体进行测试之后发现剩余容量达到70%以上占了89%，也就是说正常退役电池中有很大一部分可以进行梯次利用，而且这一部分梯次利用的情况是比较好的，其中80%剩余容量占44%可以说这一部分的电池是整个梯次利用全部电池中的精华所在。我们对这些电池在梯次利用过程中性能也进行了跟踪性测试，新电池的衰减曲线因为由生产批次、工艺各方面进行控制是控制得比较好的，但是电池退役之后它的性能情况可能跟我们预想差别很大。我们就对这些退役了的电池在梯次利用中的性能进行了跟踪测试，这是测了接近一年的时间在这个过程中我们发现一个特点在整体测试的时候会出现一些衰减突变。在这个情况下，并不是说电池不能用了，但是容量会出现阶梯式的下降，衰减突变在梯次利用中可能会对后面造成很大的影响，因为梯次利用的BMS控制在各种参数设置上跟新电池是不一样的，但是随着衰减突变存在会导致阀值出现异常型的失效，本来正常运行按照BMS控制策略是非常好的但是发生突变之后原来的控制策略已经控制不住整个梯次利用的储能体系。这里举了一个实例是250千瓦2小时的实例，用的是出租车上退下来大概四年左右的电池，对于这些电池我们进行了简单的测试发现主要容量集中在150-155区域，这里面考虑的就是电池包不是电池单芯。

我们如果把这个电池用作家庭的小型储能或者电动自行车的话这个时候梯次利用控制的时候就是浮动值一般控制在8%左右，在这种情况下我们按照这个再去综合考虑价差、内阻特性这样筛选下来之后实际上只有大概101个包可以再继续使用，其余的包实际上是很难进行配租的。但是如果是移动灌溉车这种因为他会进行移动并且规模性上去之后对于梯次利用的浮动控制要求的更严了一些，大概5%。在这个时候所有模组抽样只有3%能进行配组剩余的就很难了。如果进行一百千瓦级以下小型储能的时候浮动控制根据我们的研究是控制在正负4%比较合适的，这个时候他的模组筛选率大概是58%，也就是说随着规模越大对于应用场合要求越高，对于电池的可控性要求也就越高，同时对于梯次利用可筛选率是在降低的，所以说综合这个来看在梯次利用过程中实际上体量并不是越大越好，尽可能从安全包括成本角度来说选取一个合适的控制体量这是一个比较好的平衡，如果要控制到兆瓦级我们做的正负3%这是一个硬条件，不可能比这个再宽泛。实际上正负3%这一点就可以看出来，几乎跟新电池的差别就已经不是特别大了，所以说这个对于梯次利用来说是一个挑战。这是我们进行配组的时候你会发现整体容量会比其他容量都高很多，还有切换功能的设置上造成很大的麻烦，因为这一路会跟其他一路都不一样，到时候发指令的时候对于切换包括虚拟同步这些技术实际上它的要求都会提高很高，这时候再去做梯次利用成本优势是很值得考虑的地方。这是以刚才为例的拓扑结构图可以明显看出实际上五路是要单独控制的，这时候对于PCS包括连接点的设备元件考验都是比较大的，在此基础上我们也开发了储能系统设计软件，希望通过软件提前设定好的参数拿到一个电池输入它的来源信息包括基础信息自动选择出很好的筛选方案来支持后面的梯次利用。这是我们做的一些小的尝试，左边这个是早期的家庭储能产品，右边也进行了优化。这是开发的移动灌溉车，这在国网系统中用的比较多尤其是在山区里面，还有一些偏远地区需要进行负荷支撑或者农田灌溉的时候，移动式的小型储能对于建设专线成本实际上是很大的降低。

刚才讲的是退役电池梯次利用的技术和应用，偏重于技术方面和梯次利用整体的优点。下面主要讲一下产业化若干问题的思考，这是我们近一两年做了一些功能性案例，但是在做功能案例中感觉出来梯次利用遇到的一些问题，这个也跟大家提出来共同分享。因为这个问题的解决可能对于推动将来梯次利用产业商业化发展有很大的好处。

一个是商业模式。因为梯次利用现在的总体思路上是比较清楚的，从报废电池到回收公司回收再分选梯次利用，通过梯次利用进行储能系统应用，不可梯次利用或者报废就直接走入到回收处理。这里就有一个问题，进行商业模式的时候往往有四个地方是不可回避的第一个是回收。因为现在梯次利用电池都是从动力电动汽车上退下来的，汽车上的电池产权实际上现在各有各的方法，有的是归到整车厂商、有的是归到电池厂商还有的是归到供电公司、政府或者是个人。这一部分电池的来源非常多，他要进行回收肯定要找有资质公司，铝电池国家在这块有一个导向性但是不是很明确，不像说铅酸电池的生产厂商就要进行回收而且各地环保部门会根据每年铅酸电池厂商回收情况批下一年生产的指标数。锂电池这块暂时没有很明确的说法，所以将来怎么样拿到资质并且什么样的资质是合理的资质这是必须要考虑的问题。另外回收过程中污染处置跟现在国家的政策，污染处置肯定是有偿进行，这块现在还没有一个明确的说法。比如说我交给处置公司处置我给他钱这个钱怎么算，这实际上是没有明确说法的，包括国家政策层面会不会在这上面给予一定的补助和补贴，这都是没有很明确的。第三个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。梯次利用大家总觉得旧电视拿过来分选再弄，但是这个过程当中的运输成本、人工成本都需要考虑进去而且是如果将来商业化进行的话不可避免的。还有就是储能系统应用标识认证问题，这个地方实际上是有一个比较敏感的地方，就是说梯次利用电池进行梯次利用的时候我用的比如说是A公司的电池，但你在进行梯次利用之后形成的梯次利用产品它的商标究竟是属于哪一方的，是属于你这还是跟A公司需要再签订一定的协议，如果是做利用处置这从知识产权和商标权是绕不开。通过我们在实际应用过程中感觉到的事情，我们现在认为梯次利用现在直接产生经济效益是比较困难的，它比较可行的盈利模式是先通过回收造成比较综合的盈利效益然后再往梯次利用上逐步进入。

刚才讲到了那么多，但是梯次利用在梯次利用方面的成本控制刚才说了要低成本，这块的控制主要是在这几个地方体现。梯次利用主要是分选、重组包括后期运维，这里面可做文章的地方一个是分选包括刚才几位专家也都提到了电池制造的时候数据包括电池前期运行的数据这一部分能拿到多少，实际上对梯次利用的影响是很大的。如果说有一个很好的数据挖掘的话对于后期的梯次利用分选上需要的成本相当于变相降低了，而且分选的时候包括效率问题，现在的分选实际上新电池可以做到完全自动化因为标准和厂商都是统一的。现在的人力成本这么高，所以说这块的效率控制实际上对于后期的分选控制也是一个问题。另外就是精度，这个地方需要大家综合的考量，因为很多时候并不是精度越高越好，刚才说了梯次利用本身所应用的场合比如说小型储能应用场地很稳定，工况环境也非常良好，所以说它对于电池的筛选要求并不是特别高，这个时候我们在前期做梯次利用分选的时候是否有必要把精度做到那么高像新电池那样这是值得商榷的，还有就是重组的话因为电池来源是多样的所以最好在重组方面尽可能考虑柔性设置，根据我们现在实际的工程经验来看你取到的电池完全是一个批次，它所来源是各种各样的，这个时候进行柔性设计的话在重组的时候会节约很大的工作量。包括连接方式。这一点因为国外的一些汽车厂商在电池生产的时候连接方式实际上是跟他们工业加工精度有关，他们的接口情况比国内的有些厂商要做的好，国内有些厂商连接方式因为各种原因所以说做的不是特别好，为了怕连接不良过度焊接这种情况是比较严重的，所以说这个都会对后期的重组造成效率上的降低。在这两块实际上基本上就占到了整个成本控制的80%，还有一块是20%这个东西就是故障率，我刚才做的那个图片里面有两个衰减突变的问题，因为我们现在梯次利用的实际情况来看电池厂商生产电池的差异性是比较大的，比较好的电池基本上3-4年中间也不需要怎么更换，但是有的电池可能一年就需要对某个模块反复进行更换，这个时候在更换电池增加的维护成本、人力成本包括对于大型储能实际上因为连接到主网上之后断电不是随便能断的可能还要申请，所以说这个造成运维费用也是非常高的，如果说BMS包括后期设计这块对于风险预防和故障隔离都做好了的话，这块的运营成本也是一个很大的问题。考虑到刚才以上的经济成本实际上现在梯次利用的成本是高于1000块钱的，但是这个趋势不是不能降低。如果我们共同努力的话实际上是能降低的。根据我们预估从现在的电价补贴包括各个方面来算当梯次利用成本控制到500左右的时候就可以实现初步的盈利，但是如果想让梯次利用产业更好发展我们是要照着200人左右来走的。理想情况实际上指的是另外一个问题，国家环保政策也在发生不断的变化，也许将来对于处置责任倒置会要求你处置倒交钱，那种情况下可能会产生理想情况。现在梯次利用循环寿命整体上来说因为电池的品相各种情况也不是特别良好，现在基本上是在800-1200个循环左右就需要进行更换，所以说这也变相的增加了成本中的运维成本，但是随着这一两年整个电池行业的快速发展生产制造技术水平提高包括模组设计的提高现在我们预估了一下，到2020年循环寿命应该能达到2500次，这个情况就是比较理想的，按照现在80%的退役剩余的循环寿命大概还应该在3000-3500左右，所以说这样基本上就能充分利用实现他的经济效益。刚才谈到产业化若干问题的思考，下面介绍一下我们实验室的工作情况。

各方面应该说也做了不少的工作，已经申请发明专利13项授权11项包括新型专利，包括发表了一些论文论著以及申请了软件著作权，包括一些地方的和能源局的信息也都对我们的工作进行了报道给予了很大的支持。对于梯次利用产业上来说因为从储能方面来说它的规模是不断增长的，而且是整体性的趋势，而且国家五部委尤其是环保部这些年对于环境污染问题的重视都很高。现在锂电池还没有明确列到里面，但是从现在的整体发展形式来看早晚要列进去，这时候规范性管理所以说梯次利用包括梯次利用后续回收都是有很多的内容工作值得我们去做的，而且这里面的利益增长点应该来说也不少。我们中间也想象过对于梯次利用回收整体思路，就是说希望生产后能经过梯次利用之后再进入Pack回收到材料之后，这种材料不许多完全还原到化学结构原始状态，就近进行处理之后再转变成做继续生产电池形成一个材料到电池本身的循环，当然这现在是一个想法，当然中间做的过程中还存在很多问题，但是也是整个梯次利用过程中全产业链角度考虑也是一个重要的组成部分。这里面包括设备开发、拆解工艺研制以及这些材料实际上都是有很多东西可做的。谢谢大家。

（本文根据现场录音整理，未经本人审核）