基于研究及应用基础的动力电池梯次利用再认识

基于研究及应用基础的动力电池梯次利用再认识1已有研究及应用基础再认识梯次利用产业化的几点思考

总结与展望123422400023000220002-标

称

容

量1-发收电志-

9

0

%

标

称1-160oo15001400o130001120501001502002503035044505550Go电

芯

编

号衰减特性及离散性一剩余容量可观，

一致性有所下降发

软

5

0

.

8

6

%项口

数量一、已有研究及应用基础外观特性(2012年左右退运电池)1、建立了退役电池本体特性评价方法(一)分析测试2100020000190001800017000发软气胀其它不良度品2030

500电池编号183142061343电池内阻(mo)80-ms电的编号电池编号气

电

芯品电名800

0012000a150322016年退运电池8

需

R

538FF

品品岛

86

三

S

日

日

日

日

图电

池

模

块

编

号公交大巴，换电模式运行5年后的退役电池一、已有研究及应用基础1、建立了退役电池本体特性评价方法(一)分析测试75%剩余容量n

四

A容量离散性135791113151719212325272931333537394143454749515355电

池

模

块

编

号出租车，投运4年后的退役电池240225210195180165150135120105907560453015019518016515013512010590756045301502015年退运电池80%剩余容量70%剩余容量放电

容

量(

A

h

)放电容量(Ah)4一、已有研究及应用基础(一)分析测试1、建立了退役电池本体特性评价方法退役电池容量分布√

公交大巴换电模式，投运5年后退役；

√

56个模块，单个模块2串12并(6.4V,264Ah),

单体22Ah;√

软包磷酸铁锂；√

70%剩余容量占89%;√

80%剩余容量占44%。退役电池模组性能测试分析■80%■70%■75%■85%55%60%50%65%■45%16%29%3%%14%30%518000-#

2

电

池

充电容量17800-放电容量1760017400-17200-17000-16800-16600-16400-16200+0

200400600800.1000.12001400160018002000循环次数17800

#3电池17600174001720017000168001660016400162000

200400600800,100012001400160018002000

循环次数随机抽取5个模块，拆成单体电池，共计120支单体电池，从中随机抽取12支(#1~#12),共计循环2000次左右。退役电池容量衰减率与循环次数呈线性关系。其中#2电池的衰减率最大为7.38%,其次#3电池(6.33%)1、建立了退役电池本体特性评价方法(一)分析测试容量循环衰减性能一

—

充电容量

放电容量容量衰减率(%)容

量

(

m

A

h

)容

量

(

m

A

h

)循环次数6Discharge

Capacity

Diagram

of

No.1~10

Battery18500衰

减

突

变No.318250No4-No.5-No.6180001775017500172501700016750165000

100200300400500Cycle

Times衰

减

拐

点cyse

Gapacity

Diagram

of

No.1~10

Battery18500→No.118250180001

7

7

5

0

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

Times一、已有研究及应用基础1、建立了退役电池本体特性评价方法(一)分析测试容量循环衰减性能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退役电池衰减加速特征20000T#

1

电

池充

电

容

量18000-

放电容量16000-1400012000100008000-6000400020000-200400600800100012001400160018002000循环次数在循环至1242次之前，其衰减率平均为4

.4%,且在1242次之前，容量衰减率与循环

次数间保持较好的线性关系。循环至1243次及以后，容量衰减率突然增大近100%。12支单体电池循环2000次左右后，仅#1电池出现了上述衰减突变现象，发生概率为8.3%。退役软包磷酸铁锂单体电池在1C

充

放

电

条件下循环700次，剩余容量为80%左右，

循环700次以后电池容量下降非常明显，到780次时剩余容量仅剩2Ah

左

右一、已有研究及应用基础1、建立了退役电池本体特性评价方法容量循环衰减突变性能(一)分析测试容量衰减率(%)循环次数容

量

(

m

A

h

)86

80实验项且编号实验现象判定标准判定结果高温A22-0343电池无泄漏，无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A16-2545电池无泄漏，无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格过充A10-1598电池无泄漏，试验最高温度31.7C;电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A07-1086电池无泄漏，试验最高温度30.6℃;电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格针刺A06-0937电池无泄漏，试验最高温度21.4℃;电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A05-0552电池泄漏，试验最高温度126.3℃;电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格挤压A06-0894电池无变形，无泄漏；电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A05-0689电池无变形，无泄漏；电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格短路A11-1624电池正极极耳瞬间熔断，无泄漏；电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A17-2670电池正极极耳瞬间熔断，无泄漏；电池无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格过放A06-0826电池无泄漏，无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A14-2196电池无泄漏，无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格跌落F01-0091电池无泄漏，无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格A08-1123电池无泄漏，无起火，无爆炸。不起火，不爆炸。合格第三方安全性测试——满足梯次利用要求一、已有研究及应用基础1、建立了退役电池本体特性评价方法充放电特性一梯次利用适合于不超过1C

的充放电倍率下工作(一)分析测试yolagaw363432卡302

6-2.4-2220

1.8

古

o

740

7o

7o循不次数0.1C0.

2C0.3C0.5C1C2000

oo99oo0

80o010000Capacitv(Ah)11816141210-12

000

1400容量Ah外观完好，无破损，无变形，标识清晰◆利用工业CT无损检测及三维成像技术，对退役电池内部结构进

行检测并实现三维成像，观察电池内部电极片是否存在鼓涨现

象，以此判断电池健康状态；◆利用7Li核磁共振成像仪无损检测技术对锂电池碳负极进行成分

分析，检测是否存在纤维锂，判断电池安全性。判断标准：碳

负极上锂纤维含量≤15%(Li/C,wt/wt)材料分子尺度及微纳尺度变化高于放点截止电压健康状态

安全性大于额定值的75%大于额定值的70%退役电池分选及重组标准不低于常温实际容量的65%

大于额定值的80%不低于额定值的70%退役电池梯级利用分选评估方法(Ah)开发了利用工业CT、

核磁成像等无损检测方法，并结合外特性分析测试手段的梯次利用分选评估方法，在不

破坏电池的情况下更精确的判断电池内部的微短路，及微结构变化，提高了分选出电池的安全性和可靠性。1、

开

发

出

退

役

电

池

梯

次

利

用

分

选

评

估

技

术一、已有研究及应用基础分选项电

压(V)内阻

(mo)常温0.3C放电容量(Ah)常温05C放电容量(Ah)低温0.3C放电容量(Ah)高温0.3C放电容量(Ah)常温荷电保持能力(Ah)低温荷电保持能力(Ah)

高温荷电保持能力(Ah)分选项(历史参数)0.5-1.0倍率的条件下进行充电，至电压达到4.5-5.0V的次数(次)

0.5-1.0倍率的条件下进

行放电，至电压达到

1.0-2.0V的次数(次)

50-80°C高温下运行次数

(

次

)使用年数(年)电池常温h

率放电容量(二)技术开发1

、

外

观

识

别

分

选2、电池性能特性参数分析

电池内部结构特性分析电池报废与否电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、工业CT无损检测

及三维成像技术增加值不大于初始值的1.5

倍要求不大于5不低于常温实际容量的85%3、核磁共振成像技术性能特性分析外观识别分选内部结构检测不低于额定值的70%要求101-5mΩ1C:500-700

次循环后下降

40-80%0.3C/0.5C:500-700次循

环

后下降5-15%;1000-2000

次循环后下降50-80%30%-40%不大于18%可用性判据指标体系一、已有研究及应用基础执行较低标准要求串联，电压不超过

60V。先并后串，并联数不

超过5支，且电压不

超过60V。串联，电压超过60V。先并后串，并联数5-10支，且电压超过

60V。可用性评价标准(二)技术开发1、开发出退役电池梯次利用分选评估技术内阻容量隔膜孔隙率隔膜穿刺

强度下降率可用性判据50%-70%30%-50%10%-30%10%-20%赋值权重执行较高标准要求11◆电池组放电时，启动主动均衡，此时被

动均衡关闭。电池组放电至欠压，主动均衡

结

束

。◆电池组充电时，先使用主动均衡对电芯

进行能量搬移，在电芯电压接近过压点时

,关闭主动均衡，启用被动均衡。充电末端启动S1WLs2

[w需要开发可靠、响应快、精度高的均衡技术电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

分散式退役电池智能分时混合均衡技术：通过硬件电路修改和矩阵搬移的软件算法，

将主动

均衡与被动均衡结合起来，实现了在不同的情况下使用不同均衡方式。一、已有研究及应用基础2、开发了退役电池梯次利用重组管理技术(二)技术开发-W

—w双肉均衡单肉均衡电池组寿命困境放电及充电前期启动路母藏意路母度飞OP2N□P3sv22v1“12*电中一、已有研究及应用基础2、开发了退役电池梯次利用重组管理技术(二)技术开发修正后的SOC综合估测方法

智能分时的主动被动协同统一混合均衡技术研制出退役电池梯次利用管理系统13生产日期2012年批次不详应用场合出租车运行年限约4年运行公里约60万类型钢壳磷酸铁锂筛选标称0.3充放电，2个循环挑选时间15天总数量约200模组容量≥150AH模组串数8串1并容量数量150-15560155-16026160-16519165-17014170-1758175-1803180-1852合计132>

开发250kW*2h的退役电池储能系统，应用于某新能源试验示范基地

>储能系统具备削峰填谷、并离网切换功能一、已有研究及应用基础电池重组集成案例分析(三)系统集成11%14%20%150-155155-160160-165165-170170-175175-180容量分布图2%

2%■180-18545%6%14

一、已有研究及应用基础(三)系统集成容量数量150-164.5101164.5-178.928>178.92容

量

分

布图1%22%77%■150-164.5■164.5-178.9■>178.9容量分布图150150159-16816817*177容量数量150-15982159-16832168-17714>1773当标准定为±8%时，有77%的

模组可以很好的配组，另有

22%的模组可以满足配组的基

本要求，有2%的模组，共计2

个模组不能用于配组电池重组集成案例分析当标准定为±5%时，有63%的

模组可以很好的配组，另有

24%的模组可以满足配组的基

本要求，有13%的模组，共计

1

7

个

模

组

不

能

用

于

配

组±8%,适用场合移动灌溉车

退投电池储能±5%,适用场合15容量数量150-155.566155.5-160.923160.9-166.323166.3-171.79171.7-177.18>177.13容量数量150-157.276157.2-164.427164.4-171.618171.6-178.89>178.82当配组标准定为±4%,有58%的

电池模组可以很好的配组，另有20%的电池模组也能满足配组的条件，有22%,共计29个模组不能用于配组。当配组标准定为±3%时，

有50%的电池模组满足配

组要求。有50%的电池模

组不能用于配组一、已有研究及应用基础容量分布图14%58%20%电

池

重

组

集

成

案

例

分

析(三)系统集成±3%,适用场合兆瓦时级■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

级

及

以

下±4%,适用场合容量分布图50%18%1617%第一组第二组第三组第四组第五组序号容

量

(

A

h

)序号容

量(

A

h

)序号容

量(

A

h

)序号容量(Ah)序号容

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电池重组集成案例分析-250kW/500kWh

集成方案一、已有研究及应用基础(三)系统集成储能系统拓扑结构Drtey

pen27DuterpaN227BoteyD*201BN20poces502pockH02pes101-BMU101BMU102BHU127pa*202BalteryBatteryBCBotlayBoteryBattryBM201pot5117W227CANCANCANCANCANCAN主要性能容量风力发电

机垂直轴微风风力发电2×10

kW光伏发电单晶透光光

伏50

kW储能系统移动式储能100kW/140kW

h●2013年8月建成，国内首个给予退役电池的风光储混合微电网一、已有研究及应用基础(四)工程示范国内首个商业化开发的梯次利用储能项目，250kW/500kWh18

一、已有研究及应用基础

(四)工程示范移动灌溉车退役电池储能βkW移动式灌溉车：灵活轻便、工艺简单

、操作维护方便证程电通平闻首次将退役电池

梯次利用于变电

站UPS电源家庭应急供电系统3kW/3kWh,

可

多机并联，提供电

力备份首次将退役电池

梯次利用于电动

摩托车，实现试

验示范园19电压异常

电极锈蚀退役电池储能系统故障分析一、已有研究及应用基础气胀及物理性破损最为常见

20(五)典型故障已有研究及应用基础再认识梯次利用产业化的几点思考

总结与展望123421梯次利用概念及定义●动力电池SOH低于70～80%,不适合继续

作为动力电池使用，应退出运行●这类电池还具有较为理想的剩余容量，

理论上可以再利用于储能系统ofEnergyAfterFull

ChargeApp100%Appr90%Ap80%

pp70%以

前

的

锂

离

子

电

池1

次

利

用o因国2000

40006000充电循环数[次]2

次

利

用80001000012000二

次

利

用

的

开

始又10二、再认识梯次利用基本概念8o604020oL05,YearsLater3

Years

Later■Comparison容量保持率%]Remaining1Year

Later22●●●●如何认识梯次利用梯次利用不是电池全寿命周期的必要环节

没有强制回收，梯次利用无法市场化不能为了梯次利用而梯次利用，只有电池质量

过硬、成本极低、应用场景高度匹配，才有开

展梯次利用的必要性，缺一不可永远不要跟新电池比成本差，理论上，梯次利

用电池应无偿获得，甚至逆向有偿获得23ResellReselbatteriesfor

various

appllcations二、再认识梯次利用基本概念ReuseSecond-lifeuse

of

batterioswith

high

residual

capacityRefabricateRepackageto

fit

client's

needsRecydeSalvagerawmaterials动力电池全寿命周期zCro

Emission梯次利用是“伪命题”吗?技术上的研究、创新及示范，无可厚非，怎么做都有意义若电池在设计、生产、品控、使用等环节有缺陷，则梯次利用不背锅如果所有的指标都对标新电池，则梯次利用没法做●但安全、可靠必须对标新电池，否则梯次利用没必要做二、再认识梯次利用基本概念24关于分选(筛选)●外观检视是必要的●不管怎么分选，

一致性差是客观存

在的，无法规避●沿用新电池的分容定容思路，不可

取，成本太高●现阶段，快速分选技术还没有二、再认识梯次利用核心技术25关于重组集成●给100个电池模组寻找一个统一的参量

指标，是不现实的。尝试着将其分成五

组，每组保证执行同一标准，但各组件

不必强求一致●利用逆变技术和系统设计新思路，电池

的离散性可以解决的二、再认识梯次利用核心技术26二、再认识梯次利用27185135791113151719212325272931333537394143454749515355电池模块编号关于均衡●

BMS无法解决退役电池先天的不一致，只

能部分解决充放电过程的不一致性●

保证安全和出力的情况下，设定同一充

放电截止条件，也许可行核心技术放电容量(Ah)关于梯次电池衰减及寿命●梯次利用电池的衰减及其规律，不

是梯次利用造成和独有的，因为电

池还是那个电池●单纯实验室研究梯次电池衰减规律

没有意义，具体场景下的衰减特征

才有借鉴性●

离开电池质量和梯次利用场景，去

评价其二次利用寿命，没有意义二、再认识梯次利用核心技术容

量

(

m

A

h

)28正确看待梯次利用储能系统梯次利用储能系统不能跑“马拉松”和

“

百

米

冲

刺

”●储能系统不止有大规模储能，还有各种小

规模/规格储能，当然小规模不是不可以汇聚成大规模●没有证据证明梯次电池安全性一定有问题●梯次利用储能系统运行过程个别模组劣化

故障，很正常，新电池也存在，无非是几

率和概率的问题29可以再利用，但毕竟不是新电池H获的皆品石服救进获的理被h

的二、再认识梯次利用产品与市场梯次利用现状●目前没有真正意义上的退役电池：

绝大部分不是因容量正常衰减至80%

而退役，而是各种各样原因产生了

退运电池●没有完整的示范运行数据，无法系

统判断其安全、寿命及场景适应性●示范项目居多，真正商业和生产运

行的项目很少二、再认识梯次利用产品与市场30梯次利用困境●量小、质差、不强制回收是市场化的最

大障碍●成本高企，与新电池储能比，没有显著

的成本优势●梯次利用过程产生的环境效益未体现在产品价值/价格中理想很丰满，现实很骨感■梯次利用市场规模/亿元

回收拆解市场规模/亿元数据来源：EVTank,

伊维智库整理，2018,09

—二、再认识梯次利用131.050.9380.112022年E—-EVFank产品与市场110.937.9772.32021年E140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.0066.822.5644.212020年E图2:2018-2022年中国动力电池梯次利用及回收拆解市场规模：亿元30.112.1217.992019年E2018年E12.231梯次利用如何市场化退役电池量足够大，且强制回收无需拆解、筛选，模组直接使用●

电池制造质量和电动汽车运维水平

显著提高●无限期的免费售后更换(弥补寿命

不足)梯次利用

如何可持续重组低

成本二、再认识梯次利用产品与市场电池零成本寿命

可观32已有研究及应用基础再认识梯次利用产业化的几点思考

总结与展望123433机遇挑战梯次利用机遇与挑战成本优势

不确定性储能需求

与发展三、产业化的几点思考新电池价格下降34高度依附

与依赖性大量电池退役梯次

利用◆寿命◆

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

.

8

6

5

0

电

池

规

模

化

生

产

成

本

牌

低

趋

势

(

单

位

：

日

元

/

支

》2.2An动力电池梯次利用储能技术结构简单化

技术标准化

系统模块化适合百千瓦级及以

下规模尤其直流电源、家

庭储能等一致性好的可组成MWh

级最多拆解至

模块乘用车可考虑整组

直接利用多并少串0.5C及以下更好合

适

的DOD环境温、湿度严格

控