退役動力電池篩選重組關鍵技術應用案例

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退役動力電池篩選重組關鍵技術應用案例隨着「30•60 碳達峰-碳中和」戰略的提出，新能源逐步成為主力電源。儲能技術作為平抑新能源波動、提升消納能力的主要途徑備受關注，但受經濟性制約使其難以實現規模化推廣。

目錄

一、背景

隨着「30•60 碳達峰-碳中和」戰略的提出，新能源逐步成為主力電源。儲能技術作為平抑新能源波動、提升消納能力的主要途徑備受關注，但受經濟性制約使其難以實現規模化推廣。而退役動力電池梯次利用產業鏈逐步延伸，全壽命周期覆蓋利用，有望成為破解這一困境的有效手段。隨着第一代電動汽車接近報廢年限，大量退役動力電池將開始進入市場。然而，退役動力電池儘管價格遠低於新電池，但性能也大幅降低。因此梯次利用需要在低成本和性能衰減之間做出權衡。目前，梯次利用項目大多處於試點階段，包括車企、公用事業公司、回收企業、儲能系統集成商等產業鏈上的各個相關主體均在積極開展示範項目。

自 2008年起，國內外圍繞電池性能評估、分選重組、電熱安全管理開展了大量研究工作，並在退役電芯一致性評測、模塊直接重組利用等方面取得突破，但仍面臨容量衰退預測難、快速批量分選技術缺失和安全故障演變機理不清晰等問題。近年來，隨着梯次利用示範規模逐漸增大及應用場景的多樣化，上述問題疊加放大效應愈加突顯，現有技術儲備無法滿足規模化工程應用的安全性和經濟性要求。合理的篩選聚類是快速消納大規模退役動力電池的有效手段，但電池種類不同、狀態多樣、工業化篩選方法缺失，不同應用場景下的篩選方法有待研究。

二、應用案例

1.項目概述

退役動力電池價值評估與梯次利用試點示範項目圍繞電池系統全生命周期的價值利用，以電池為研究核心，開展相關產品的測試評價及驗證，提升產品的利用價值，在電池測試評價體系建立、電池系統控制策略優化開發及HIL設計驗證、電池梯次利用、大數據平台資源開發利用以及儲能系統全生命周期研發測試平台等方面取得了一系列的成果，主要體現在： 1.梯次利用，針對退役電池，從失效點和安全等角度，開發了殘值評估流程和方法，在短時間內對電池的殘值進行評估，並進行了工程化應用；2.電池控制策略優化和HIL設計驗證，在對電池熱特性-膨脹-安全-壽命等多角度深入測評的基礎上，挖掘電池特性，開發兼顧安全可靠、系統壽命延長和客戶舒適感強的控制策略，並利用HIL測試驗證平台進行策略的閉環驗證；3.大數據平台資源利用開發，藉助大數據平台，實現對產品在線實時監測和預警，在驗證產品運行效果、發現產品設計缺陷的同時，提前預知問題、及時管控風險，實現對相關產品的遠程監測、故障診斷、維護管理；4. 儲能系統全生命周期研發測試平台，儲能系統測試驗證平台的搭建，為新研發產品的技術驗證、售後相關問題的閉環驗證以及梯次利用等方面的降本方案和可行性提供充分的技術支持。

2.主要效益

未來幾年我國動力電池退役量將快速增加，2025年將超過90GWh。隨着動力電池回收利用技術的推廣應用，可直接降低電化學儲能系統運行20%的度電成本，節省電動汽車的使用成本59%-79%，每年將創造約30億元的直接經濟效益和高達300億元的間接經濟效益。

三、技術要點

退役動力鋰離子電池應用場景分類和重組一致性分選。首先，面向典型儲能場景，在模型化的基礎上估計電池的容量、功率狀態，依據儲能場景為電池各項技術指標分配權重，應用區間層次分析方法對退役電池的工況適用性進行計算，從而為電池推薦最佳的應用場景；針對梯次電池一致性隨老化顯著變差的特點，研究基於電池物性參數的電池全壽命一致性分選技術，包括分選所依據特徵量的提取方法和基於分選特徵的電池聚類/分類方法。

梯次電池儲能系統電氣拓撲研究。針對梯次電池不一致性研究電池均衡技術，針對梯次電池的高故障率研究電池故障重構技術，針對梯次電池多類型特點研究電池柔性功率分配技術，最終建立梯次電池儲能系統異構兼容電氣拓撲結構。

梯次電池儲能系統電池管理系統優化。針對梯次電池模型參數隨老化變化明顯，嚴重影響狀態估計精度的問題，在基於模型的電池狀態估計框架下，研究全壽命高精度電池SOC、SOH估計方法。

梯次電池儲能系統風冷熱管理優化研究。研究風冷電池儲能系統「電-熱-流」多物理場耦合建模方法和電池熱物性參數的有效提取方法，對梯次電池儲能系統的電池排布、風冷熱管理系統參數配置進行優化設計。

基於電濫用、熱濫用機理建模的熱失控風險多層級劃分。研究電池內部誘發內短路的電化學機理建模技術和電池系統「電-熱-流」多物理模型仿真的快速計算技術，對梯次電池由於電濫用和熱濫用導致熱失控的風險進行在線量化評估，從而形成多層級熱失控安全告警機制。

梯次電池儲能系統能量管理有效性和經濟性工程驗證。綜合考慮梯次電池儲能應用成本競爭力和運營周期內資金的時間價值，研究退役動力電池儲能梯次利用的經濟性評價方法。

四、應用前景

梯次電池若不能進行妥善的回收利用，將會在公共安全、環境污染、資源循環利用等方面產生嚴重問題，與國家大力發展電動汽車的初衷背道而馳。電動汽車要發展，就必須推動電池梯次利用技術的發展，建立健全廢舊動力電池循環利用法律政策及技術標準體系。電動汽車淘汰下來的動力電池，其剩餘的能量價值還可以被繼續應用於其他領域，動力電池的梯次利用越來越被重視。

未來幾年我國將在梯次利用動力電池的狀態評估、分選重組、關鍵設備、示範運行等關鍵技術上實現重大突破，大幅提升我國在電動汽車、電池儲能等多個領域的國際競爭力和話語權，有助於占領動力電池梯次利用的技術制高點，引導社會清潔可持續發展。同時，該技術在未來智能電網升級中具有廣闊的市場應用前景，將為我國帶來巨大的經濟和社會效益。