2017年8月25-26日，由江蘇省電機工程學會、國網江蘇省電力公司電力科學研究院、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會聯合主辦的首屆全國用戶側儲能細分市場開發與應用高層研討會，在無錫召開。演講嘉賓中，煦達科技（中恒電氣控股子公司）總經理李劍鐸博士于26日上午分享了其團隊在退役動力電池儲能梯次利用方面取得的突破性進展。浙商證券電力設備與新能源研究團隊（鄭丹丹團隊）友情輯錄如下。

 

鄭丹丹（浙商證券電力設備與新能源行業首席研究員）：

 

各位來賓，早安。我是來自浙商證券研究所的鄭丹丹，非常榮幸為大家主持今天上午的活動。很感謝中國化學與物理行業協會儲能應用分會各位工作人員的精心組織，在不久前蘇州一別以后，我們今天相聚在無錫太湖之濱，共話儲能產業的發展。

 

 

鄭丹丹：過去四年，在中國，新能源車產業開啟了爆發式增長，截至2016年年底，中國新能源車的保有量已經突破了100萬輛，位居全球第一。隨著時間的推移，越來越多的退役動力電池將逐步涌入市場，對于梯次利用的研究與實踐已經擺上了議事日程。接下來，我們很榮幸地邀請中恒電氣子公司煦達新能源總經理李劍鐸博士，分享他們在梯次利用方面的經驗，有請！

 

 

李劍鐸（上海煦達新能源科技有限公司總經理）：

 

大家上午好！我是中恒電氣-上海煦達新能源科技有限公司的總經理李劍鐸，很高興與大家一起分享關于我們在用戶側儲能系統方案設計方面的經驗。

 

今天我報告的主題是《退役動力電池儲能梯次利用解決方案及實例分析》。首先說幾句題外話：近兩年在綠色環保的時代背景下，電動車步入快速發展期，每年都以幾十萬輛的新增體量投向市場，所以退役動力電池梯次利用也逐漸成為行業熱點。

 

關于退役電動汽車電池梯次利用如何實現，業內是有很多爭議的，從個人角度，我認為：首先，當前新能源汽車大規模地投入市場，未來3-5年一定會有大批量的退役動力電池出現，這種退役鋰電池不像以前的鉛酸電池使用完之后完全沒有利用價值，一般還有60%-80%的剩余容量，如果可以通過比較好的技術手段把它們利用起來，會是很好的產業方向。

 

其次，關于儲能系統，大家談論了各種功能和應用模式，核心的問題就是成本。儲能的系統成本始終居高不下，老早以前至少4元/Wh，沒有任何經濟性。最近兩年隨著新能源車的發展，動力鋰電池的大幅降價使儲能系統成本也大幅下降，現在一個集裝箱儲能平均成本在2元/Wh左右。即使這樣，商業化的儲能電站也要運行十年以上的時間才能收回成本。十年后的電池是否還能用？這是一個很大的問題，對客戶基本沒有吸引力。

 

既然市場上存在這么大批量的退役動力電池，同時儲能系統又需要低成本的解決方案，我們可以考慮把兩者結合起來用在儲能系統中，使儲能市場有更好的發展。退役電池梯次利用的確會面臨很多技術問題，但也因此顯得更有價值。個人認為，市場的驅動力是退役電池梯次利用最主要的因素，煦達新能源在近一兩年也做了一些嘗試，并取得一些成績，今天正好借這個機會與大家分享一下。

 

我今天報告的內容包括：一，簡單介紹一下煦達新能源的產品；二，討論一下退役動力電池的市場；三，就煦達新能源如何將退役電池用在靜態的儲能系統中，尤其是用在削峰填谷方面及如何解決退役電池一致性等問題進行詳細闡述；四，案例介紹和經濟性分析；最后是報告總結。

 

煦達新能源成立于2011年，從2012年開始做儲能，是國內最早一批開始做儲能的公司。煦達新能源的母公司是中恒電氣股份有限公司，2016年正式開始對煦達進行控股。中恒電氣本身在國內做電源，是各種通信電源、電力操作電源的國內領先廠商，而煦達新能源公司業務主要分為國內和國外兩大塊。國外主要做戶用儲能，今年年初通過和國內某個著名的能源商合作，在歐洲推出了一系列新的戶用儲能產品，市場反應非常好，3月份開始量產，5月份開始到德國當地進行安裝，到目前為止我們已經出了1000套，我相信這個數字在國內來說應該是第一位的，在德國也會進到前五名。

 

 

現在，我們正式進入到退役動力電池市場當中。這個市場容量有多大？想必大家都很清楚。2015年電動車產量接近38萬輛，2016年產量超過50萬輛，預計到2020年產銷200萬輛，我相信屆時總保有量很容易達到500萬輛。隨著大家對環境污染、碳排放等問題越來越重視，對于退役動力電池進行梯次利用，已經成了必然趨勢。

 

前幾天我曾去某個電池PACK廠參觀，非常壯觀。這家廠一個月內從汽車廠接到了8萬套的電池訂單，開足馬力每個月交1萬套，這在以前是難以想象的。通常情況下，因為車不同，退役動力電池會有不同的容量等級。基本上乘用車電池容量為20-70度電：最小的有油電混合動力，十幾度電；中巴車80-120度電；以前大巴車的容量頂峰是200度電左右，現在做到了250度電。由此，可以估算出每年動力電池的市場容量。按照國家規定，電動車滿五年或行駛到達八萬公里，電池額定容量低于正常容量的80%，都要被退下來。而且當電動車運行幾年之后，最容易出現的問題是單體電壓差會越來越大，從而觸發內部的BMS保護，導致車無法運行，這從技術上來說是一個必然現象。運行四、五年之后，車上的動力電池必須更換下來，由于換下來的電池一般本身還有70%-80%的額定容量，這就是我們要利用的空間。

 

 

退役下來的動力電池到底有多少可以利用？報廢率10%是完全不能用的，維護類占10%，可用類占80%。針對這個數字著重解釋一下：目前來看比較樂觀，因為我們現在（編者注：2017年）拿到的退役動力電池基本上是2012年、2013年投運的，當時動力電池的制造水準不能和現在相比，那些電池能有50%-60%可繼續使用就不錯了，剩下30%直接報廢，還有10%-20%可以進行簡單維修再繼續使用。但是2014年、2015年及以后的動力電池，質量比以前有明顯提升，我看過的很多動力電池PACK廠商，采用自動化生產工藝加上更嚴謹的設計方式，無論是接線、電芯還是BMS，整個技術水準比以前都有很大提升。我相信，在這種情況下，這些動力電池退下來之后完全可以被再利用。這里的80%是比較樂觀的估計，保守估計是60%-70%。畢竟基數很大，哪怕只有30%-40%的退役電池可被利用，市場空間都是很大的。

 

 

退役電池到底如何使用？這是最關鍵的問題。首先，技術上要解決退役電池老生常談的一致性問題。對我們做儲能或光伏的人來說，其實有一個很明顯的答案——組串分布式。

 

現在大中型儲能基本上都是集中式，一兆瓦時電池分成很多支路并聯到一起，接到500千瓦的儲能逆變器上。這種利用方式對于新電池來說沒有任何問題，但是對于退役電池肯定不行。從不同車上拆出來的電池良莠不齊，參數完全不一樣，把他們并聯在一起會出很多問題，一致性無法保證。所以，在這種情況下，我們提出組串分布式：以一輛車上拆下來的一套退役動力電池作為一個基本的儲能單元電池組，配上一臺中小功率的PCS再加上合適的監控單元，構成一個基本的儲能單元，然后并聯在一起構成一個功率不等的中大型儲能系統。

 

很多人會問，這種方式到底行不行，可不可以用？做過光伏的人會非常清楚，這種方式是完全可行的。幾年前，做大型光伏電站的廠商基本都用大容量光伏逆變器。后來，華為進入市場，拿20kW的光伏組串式逆變器拼500kW的光伏逆變器，一個1MW的光伏電站，傳統情況下是用2臺500kW的光伏逆變器，華為用50臺20KW的光伏逆變器，當時很多人擔心出現多機并聯等各種各樣的問題，確實有一些問題，但都解決了，關鍵是通過組串式解決方案最大化地發揮了每一塊太陽能面板本身的發電優勢。大家可以看到，整個市場上現在組串式解決方案和集中式解決方案基本上各占半壁江山。同樣的道理，我們可以把這種理念借鑒到儲能系統中。

 

面對這么多儲能電池，我們當然是盡量對其細化管理比較好，所以組串分布式會是我們做梯次利用的核心要點。將一輛車上的電池串聯在一起，配上一個PCS，堅決做串聯不做并聯，通過這一臺逆變器對這組串聯電池進行合理的控制，可以最大化地保證電池的一致性。所以我們這里畫一張圖，基本的儲能單元就是一臺PCS配上一個儲能單元監控系統，這個儲能單元監控系統需要和BMS連接，然后和EMS聯系，同時和PCS進行通訊，現在我們已經把儲能單元系統集成到PCS內部，所以不需要額外的空間。

 

現在我們是按照兩種方式來做的，應該說推出了兩種主要產品：一個功率小點，另一個功率大點。其實這對我們來說無所謂，因為都是組串式的方案，基本上都是100-150度電為一個系統單元，涵蓋了現在市場上絕大部分的電動汽車退役電池，我估計未來兩三年內要增加到200度電。大量的電動大巴的電池會退下來，200度電要配到30-40kW的逆變器，基本上是1:5、1:6的樣子，功率和能量的高比例是我要談的重點。為什么可以保證退役電池可以長時間長壽命的使用？來看左下角這張圖，20千瓦120度電、130度電的儲能系統，右圖就是1.1MWh左右的梯次利用儲能系統，這張圖包括了9套20kW逆變器，一共是180kW/1MWh左右的容量。

 

 

對比傳統的梯次利用方法，這里要強調的是整個梯次利用解決方案設計核心——降低成本。很多人研究動力電池都要研究動力電池的拆解，這應該是最后環節。電池不能用了再拆解，最多的方法還是要直接利用，把電動大巴上的退役電池拆下來之后直接利用，配上一些合適的控制策略就構成了基本儲能單元。我們的流程相對于傳統做梯次利用的方法已經簡化了很多步。退役電池一般價格低廉，只需要再配一些PCS控制系統和集裝箱就可以，相對于新的鋰離子電池來說，成本至少要便宜一半。這樣就具有很大操作性了，最后我會讓大家看到一個投資回報性真實的計算。

 

這里有兩個比較關鍵的問題：首先討論，如何解決一致性的問題？剛才我說用組串式的方式，只串聯不并聯；另外大家要清楚，退役電池不是故障電池。里面有故障可以退給電池廠商維修或更換單個電芯，退役電池其實就是因為運行了五六年之后整體容量不足。一輛車上的電池退下來，本身的整體容量還是不錯的，退一萬步講，如果真的是退下來之后電池里面有故障，檢測之后會顯示出哪個單體電池電芯有問題，我們可以把它用在靜態儲能系統中。儲能運行范圍非常寬，中間不行取出一兩個來甚至幾個，有的時候取出一個包來，對整體容量又有影響什么呢？反正原來就是要淘汰的，沒什么價值，能用起來最好，所以從這個角度考慮，完全是可以解決一致性問題的。

 

接著討論，如何保障電池安全和可靠的長時間使用壽命？我概括為：淺充淺放的運行策略。對待退役電池使用的時候，就應該把它當成鉛酸類電池來用。剛才大家可以看到于總（編者注：南都電源的于建華先生）介紹鉛炭電池的時候有一個很重要的數據，他們所配儲能系統的功率和容量比基本上都是1:8，750kW的PCS配上6MWh的電池。退役鋰電池有同樣的問題，因為退役鋰電池到后期不能用的關鍵原因，就是在大電流充放電的情況下，單體電池電壓跳得非常厲害，所以一定要讓退役電池在使用時，把放電倍率控制在0.2C以下。這意味著退役電池在使用的時候有很多局限性，調頻是不能用的，甚至做離網我都不建議用，為什么？做離網的時候，儲能系統功率是由負載決定的，而負載多大是沒人控制得了的；只有做并網的時候，以一個固定功率充放電，才方便對儲能系統進行管理。一個核心是0.2C以下，越小越好。

 

另外一個參數就是DOD，全新的鋰電池一般都是在10%到100%之間，退役鋰電池肯定不行。右下方的數字是拿一套包含一百多個電芯的退役電池做的測試，紅色是最高單體電池電芯電壓，藍色是最低電芯電壓，在小電流充放時，電壓差控制都很穩，一般不會超過20毫伏，這種情況下可以保證長時間的使用壽命。請注意，3.45安的時候，紅的線突然飆升到3.6伏，而藍色的基本上變化不大，這是什么問題？這就是因為DOD控制得不好，還是原來的電動車上使用的DOD控制。到臨界點時，因為備用電池畢竟是老化的，從電器角度來看，電力電壓飆升特別快，觸發了單體電壓差保護，導致整個系統要停下來。在這種情況下，最高的充電電壓其實也就是和我們最早的運行SOC相匹配，一定要控制住，一定要比原來的動力電車更小才可以。這兩種技術條件加在一起才可以保證這套系統長期穩定運行。大家看右下角充電的圖，這是真實運行情況，大功率充電還是不錯的。我們做的這套系統是從一輛16米電動車上拆下來的，原來容量140度電，單體電芯容量360Ah左右，放了四、五年之后只剩下320Ah左右。我們對它最大的充電電流是40A，也就是八分之一，與鉛酸鉛炭電池使用條件是一樣的，所以才能保證最高電壓和最低電壓的電壓差控制在非常合理的范圍內。這是保證退役電池梯次利用非常關鍵的技術點。

 

下面分享一下我們的案例。這張圖很簡單，就是谷期充峰值放，所有儲能系統中用戶最典型的應用模式。這是在常州開始試運行的系統，這是內部圖，大家可以看到，都是直接從電動汽車大巴上拆下來的退役電池，基本上原封不動搬過來的，很多外面殼子上還有鐵銹，右側是9套PCS,180kW/1MWh的系統，右下角是外觀，右上角是監控系統。我們現在給客戶提供的項目質保一般是五年，其實我覺得這種運行方式八年問題不大，好像大水池一樣，拿一根小水管充放，對水池影響不大的。

 

 

接著看我們為上海某個工業園區一家企業做的商業式儲能系統，直接把一套20千瓦、120度電左右的系統裝到客戶的公司里面，給公司提供削峰填谷服務。

 

來看運行一天的真實案例：谷時充電112度，因為本身（系統容量）120度電，我們不會充滿只會充90%，共花費32.116元，峰時、平時共放電99.6度電。我們的這個客戶是典型的商業用戶，白天的負荷量很大尤其在上海，那會特別熱，所有空調白天全部開起來，可是下班之后晚上沒人了。峰值電價包括兩部分：早上8點到12點，以及晚上6點到10點。有的地區可能有點差異，但是大體如此。如果我們只放白天上午峰值部分，電是放不完的，因為晚上基本上沒人用。但同時，我們有需量管理，衡量用戶一天24小時最大功率不要超標。因此，我們要在下午放很多電出來。在實際應用中，碰到不同的問題，很多時候跟客戶類型有關。在本案中，每天峰谷電價凈收益達到了68.5元，一年收益大概是2.19萬元左右。

 

除此之外，還有需量電費收益。正常情況下客戶最高需量申請要到70千瓦。安裝20kW/120kWh的儲能系統后，我們幫助把他們的需量申請降到60千瓦。為什么我們只申請減少10千瓦的需量？這是因為，儲能系統在運行的時候，電池電壓是要下降的，而電流是固定的，所以電流輸出功率基本上是減少的。為了保險起見，20千瓦的輸出功率按照50%來算，每個月減少10千瓦，每年節約5040元。我們按照120度電、一套系統1元/Wh的成本估算，大概4.45年收回投資成本，而且是按照一年運行320天來算的。我們不只是理論上的，而是要把所有的情況算出來。

 

接著看我們記錄日儲能系統的報表，這個報表完全可以套用到1MWh的系統，1MWh就是由9套系統弄出來的，從這里可以看到投資回報性是非常好的。這里估算的系統成本是1元/Wh，明年可能是0.8元/Wh，后年可能是0.6元/Wh，這便談到了電動汽車退役電池梯次利用的最重要問題——成本。我們之所以做梯次利用儲能，最終還是為了在成本和投資回報年限方面，對用戶有一個真正的交代。

 

這就是煦達新能源現在做的模式。有了這套方案，我們除了自己投資建設以外，也可以引入外部合作。如果大家有項目資源或者有資金資源，都可以跟我們談。我們今年下半年開始發力，明年會得多一些。謝謝！

 

鄭丹丹：