退役动力电池梯次利用还有多远？

1.2.2 梯次利用收益分析

对电池梯次利用阶段收益影响最大的是其剩余寿命，电池的剩余寿命可以分为日历寿命和循环寿命，在不同应用场景下对电池寿命的关注点不一样。目前在电网储能中退役电池较适合的应用场景是备用电源和调峰，备用电源主要关注电池的日历寿命，而调峰场景下更关注电池的循环寿命。中国电科院在研究中发现，对于生产年份较早（2012年以前）的动力电池，由于当时电池制造水平不高，退役后电池的剩余寿命不高，且一致性较差。2012年国内一线电池厂家制造的磷酸铁锂电池退役后，在电网调峰、容量备用等模拟工况下具有较好的寿命特性，在电网调峰模拟工况（室温0.5C、80%DOD）下电池寿命超过3000次；在容量备用模拟工况下依据衰退趋势推测，电池的使用寿命超过6年。

1.2.3 梯次利用经济性分析

动力电池梯次利用的经济性分析是在采用退役电池替代铅酸电池或新的锂离子电池后，分析替代前后的系统成本以及使用寿命，在此基础上评估梯次利用的经济性。在备用电源场景下，目前梯次利用电池系统成本（0.5-0.7元/Wh）略高于铅酸电池（0.4-0.5元/Wh），但在该场景下梯次利用电池的日历寿命更长，目前采用退役电池的经济性和铅酸电池相差不大；未来随着退役电池的成本下降和梯次利用阶段的寿命提升，在备用电源场景下采用退役电池的经济性会更好。

在调峰场景下，由于近几年锂离子电池价格的快速下降，目前新电池储能系统的成本已降至1.8-2.0元/Wh，且在未来几年还会持续下降，因此，对于梯次利用电池，必须不断降低其状态评估、分选重组、系统集成等再制造过程的成本，同时在梯次利用阶段有良好的寿命特性，这样才能与新电池在经济性上具有竞争力。

二、梯次利用时要考虑的关键问题

退役动力电池在梯次利用前，首先要对其状态进行诊断，评估电池是否存在安全隐患，评测当前的容量（SOH）、内阻等参量，同时还要对电池在梯次利用阶段的衰退趋势进行预测，判断电池的剩余寿命；在此基础上依据电池的状态进行分选重组，同时为其选取合适的应用场景，最大化电池在梯次利用阶段的价值。

2.1 退役动力电池状态的诊断

退役动力电池的状态诊断包含三部分内容，一是评估电池当前的容量、内阻等参量，二是判断电池有无安全隐患，三是预测电池在梯次利用过程中的衰减趋势；其核心是以一种经济性的方式实现上述诊断。

目前退役的动力电池依据历史运行数据的完整程度可分为两大类：一类是具有完善的电池在车载使用的阶段的运行数据，称之为“白箱”。针对这类电池，首次可通过历史数据分析来评估电池的剩余容量、内阻等当前状态，其次根据电池在车载使用过程中有无过充电、过放电、过热等滥用情况的发生以及退役时是否有鼓胀等问题来判断电池的安全状态，最后依据电池车载阶段充放电过程中的参数变化规律，来预测电池的衰减趋势。这种诊断方法速度快、成本低，对动力电池容量的评估比较准确，同时对电池的剩余寿命预测也很有帮助；但该方法目前在电池内部安全隐患的识别上还不是很有效。

另一类是退役动力电池的历史运行数据不完整或完全缺失，称之为“黑箱”。针对这类电池的状态，目前有两种诊断方法：一是对电池模块或电池包进行几次完整的充放电，记录电池的电压、温度等参量的变化情况，分析单体之间的一致性；然后对退役动力电池进行抽样，分析电池在滥用条件下的安全性能和储能工况下的衰退特性；这种方法虽然能准确掌握退役动力电池的容量、内阻等状态以及单体之间的状态差异，但这种方法周期长、占用设备多，同时安全试验还破坏了电池，因此诊断成本较高。另一种方法是选取几个可快速测量的电池特征参量（开路电压、交流内阻等），通过对这些参量的快速评测来诊断电池的状态；这种诊断方法速度快、设备成本较低，但由于选取的特征参量与电池状态之间的关系尚不完全明确，通常诊断结果误差较大。

退役动力电池的内部安全隐患隐蔽性强，无论是针对“白箱”的历史数据分析法，还是针对“黑箱”的充放电法或特征参量法，对电池内部安全隐患的判断都不够准确；同时由于退役动力电池与新电池的状态有较大差异，还需要分析充放电倍率、充放电深度、充放电温度、环境温度等使用条件对电池性能的影响，明确电池在梯次利用阶段的使用边界条件。未来随着历史数据的日趋完善以及数据分析技术的不断进步，基于“白箱”的数据分析法加上电池安全、寿命等关键性能的抽样分析有望以较低成本来实现退役动力电池状态的准确诊断。

2.2 退役动力电池重组和应用场景界定

退役动力电池之间的差异明显大于新电池，在重组时要根据电池之间的差异采取有效的均衡策略；相比新电池，退役动力电池的内阻显著增大，同样使用条件下的产热量也更大，低温下的充放电性能变差，在重组时要根据环境温度采用有效的温度控制策略，避免电池长期在高温（40℃以上）或低温环境下（0℃以下）运行；退役动力电池安全失效风险增大，在重组时要结合应用场景采取必要的安全防护和消防措施。

电池梯次利用存在多种潜在应用场景，不同应用场景对电池的状态以及一致性要求也不相同，电池在不同应用场景下的衰退规律也有明显的差异，因此，在进行退役动力电池重组时，要根据电池的状态、电池之间一致性以及不同场景的衰退趋势，为其选取合适的应用场景[9]。

三、应该做的工作

虽然未来几年动力电池退役量将快速增加，且梯次利用时具有多种潜在应用场景，但目前尚不能对大规模开展动力电池梯次利用给予明确的定论，这是因为：一是退役动力电池的状态评估、分选、管理等关键技术研究还不够深入，造成梯次利用过程中的再制造成本较高；二是新电池成本的持续下降使采用梯次利用电池的低成本优势变小。因此，对于动力电池的梯次利用，未来应在以下几个方面重点开展工作。

一是突破退役动力状态评估、安全隐患识别、剩余寿命预测、电池重组和管理、系统集成和运维等关键技术，其中重点是电池安全隐患识别；分析梯次利用过程中状态评估、分选重组、系统集成和运维等环节的投入，利用上述关键技术降低梯次利用全过程的费用，其中重点是明确各环节的成本；掌握电池在梯次利用阶段的性能衰退趋势和安全状态演变规律，明确不同状态电池适用的应用场景以及边界使用条件，其中重点是根据电池状态为其选取合适的场景。

二是完善动力电池数据采集、存储体系，使其在退役时是一个历史数据完整的“白箱”，同时优化基于历史数据的电池状态诊断方法，提升电池状态、安全隐患以及剩余寿命评估的准确度。

三是在不同应用场景下开展梯次利用电池的小规模工程应用，分析在实际工程应用中电池的状态以及性能变化规律，完善和优化动力电池梯次利用的关键技术。

四是开展退役三元电池的寿命、安全等性能的评价，掌握三元电池在梯次利用过程中的性能演变规律，研判退役三元电池的梯次利用的可行性，避免在三元电池梯次利用的决策上产生失误。

待上述几项重点工作基本完成后，才宜开展梯次利用动力电池的大规模工程应用。

本文参考：储能科学与技术 《来小康：关于动力电池梯次利用的一些思考》