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2020-06-19

循环经济--电池梯次利用解决方案,让废旧电池发挥余热

(  本网昆明报道):本周,公司相关部门邀请行业专家、环保人事、投资机构在美丽的春城昆明召开新能源汽车报废后电池梯次利用专题研讨会,开启“俊风绿色环保、循环经济”新模式探索!

       以会者认为近年来,随着环境问题的日益严峻,人类的居住环境问题日渐突出,世界各地如何更好的进行环境保护已成为当今各国共同的研究方向。新能源成为环保项目的主力军,新能源汽车也应运而生。作为核心部件的电池,人们的研究方向往往侧重于如何更高的提高性能,而忽视了车辆报废后的电池处理问题。俊风公司作为新能源汽车开发与运营的先驱者和倡导者,有责任、有义务在报废电池再生循环梯次利用上进行探索,一是可以找到新的商业模式、二是解决后处理的环保问题、三是解决汽车厂销售车辆后的后顾之忧。

科士达锂电池梯次利用解决方案,让废旧电池发挥余热

       对于电动汽车动力电池使用的锂离子电池因具有质量轻、体积小、能量密度高、循环寿命长、存储寿命长、一致性高、充放电电压平台较高 、能承受的环境温度以及无污染等优点而被广泛应用于电动汽车上。

       就单从目前我国的新能源汽车行业来说,从上面淘汰的动力电池经过检测,尽管其不适用于车载续航,但其储能能力仍有着巨大的实用价值。到2020年底我国新能源汽车保有量达到500万辆,自2014年后的很多车辆进入报废阶段,如何变废为宝。

      如果直接的进行拆解,那么是对电池剩余使用价值的很大浪费,这些淘汰的动力电池除了内部的化学活性下降一些外,电池内部的化学成分依然完好,这些电池的剩余能量仍然能够满足家庭的日常储能、分布式发电领域以及换电站、后备应急等储能设备的使用,随着退役锂电池二次利用技术的进步和经济性的提高,锂电池的二次利用将会快速发展,从而使锂电池的全部价值充分的发挥利用。

从电动汽车中退役下来的锂电池,存在很大的不一致性的问题。造成这种不一致的原因主要包括如下几点:

(1)电池出厂性能的不一致,原材料的不均匀和制造工艺的差异导致电池的不一致性问题,这是客观产生的。

(2)电池出厂后所处环境的不同,例如不同的环境温度、自放电程度、空气潮湿度、通风条件等等,都会导致不一致性的问题。(3)使用中进一步加剧电池不一致性,电池组最大有效容量通常由有效容量最小的电池决定,由于其长期处于过充过放状态,老化速度将加快,形成恶性循环,致使电池组不一致性呈扩大趋势。(4)不同的外部使用环境会加深其不一致性差异,电池组中各模块的排列位置、温湿度、散热条件、充放电进度等存在一些不可避免的差异,在某种程度上加大了电池组的不一致性。

       电池的不一致性是制约其再利用的最大的因素,主要包括荷电状态(SOC)、电池内阻、电池容量、开路电压及工作电压、放电平台时间、倍率性能、自放电率、充放电效率以及循环寿命等影响因素。

科士达锂电池梯次利用解决方案,让废旧电池发挥余热

      一般来讲,淘汰电池的再利用过程通常是失效处理、外结构拆解、电芯检测、筛选分类,然后再进行梯次再利用。这个过程可以降低一定程度的不一致性,但是这个降低的幅度还是很有限的。

传统的储能电站,都是采用锂电池直接接入储能变流器(PCS)的直流端,经过PCS来进行蓄电池的充放电控制,在大型项目中,由于PCS功率与蓄电池容量都比较大,就会造成数据巨大的锂电池并联在一起接入PCS,并且采用充放电控制策略也完全一致。这样对锂电池的一致性要求就非常的高。

如果使用全新的锂电池,因为出厂时经过了各方面的检测,同一厂家的产品在一致性方面是比较有保障的。所以在此类项目中不会造成很大的影响,但是因为生产环节造成的不一致性的存在,厂家对于可并联的锂电池容量也是会有推荐上限值,就是为了避免不一致性导致的各种问题。

        但是退役电池的不一致性就要更加严重,也不仅仅是不同厂家和批次的因素,还有包括荷电状态(SOC)、电池内阻、电池容量、开路电压及工作电压、放电平台时间、倍率性能、自放电率、充放电效率以及循环寿命等影响因素。

      以蓄电池SOC在二次使用中带来的问题为例。假如退役锂电池正常可以二次利用的容量是30%到80%,那么在充放电过程中,就会存在因SOC的不同,个别的锂电池无法完全的充电或者放电,这样无法充分的发挥退役电池的剩余价值。如果这时候还是采用传统的电池管理系统,就会在充电或者放电时过早的因这块“短板”而被迫推出运行。

      同时还有电池内阻、电池容量、开路电压及工作电压等因素,也会引起过充过放、电池环流、发热起火等不利的影响,有的可能会导致安全的问题。并且因为不同厂家而不一致的BMS系统方案,也是梯次利用的不利因素。

       针对上述的退役电池的多种不一致性因素,为了更好的梯次利用退役电池,有专家提出了针对性的产品以及解决方案,即为通过DC-DC变换器来实现的直流母线方案:锂电池通过多个DC-DC变换器并入到直流母线,PCS的直流端也并入到直流母线,PCS的交流端就并入交流电网。

     由于是通过多个DC-DC变换器分别接入母线的锂电池,所以DC-DC变换器可以根据不同的退役电池采用不同的充放电控制策略,对接不同的BMS系统,可以很好的规避退役电池的不一致性。通过直流母线来使退役电池的差异化控制与PCS的整流/逆变控制很好的解耦,使整个系统最优的稳定运行。

      专家和投资者认为,电池的梯次利用,除了解决上述电芯问题外,还有诸多商业模式可以进行深入细致的探讨。当前最重要的是要解决认识问题、观念问题、政策问题、法律问题,只有这样才能让电池梯次利用这个话题和探索走的更远、更长久。(夏武)