為助力中國儲能企業與國際接軌，同時致力于推動中國儲能產業機制的建立，實現儲能技術商業化，中關村儲能產業技術聯盟舉辦的“儲能國際峰會暨展覽會2018(ESIE2018)”于2018年4月2-4日在北京國家會議中心舉行。中國電力科學研究院高級工程師范茂松發表題為《梯次利用電池在電力儲能的應用研究》的演講，文字實錄如下：

首先感謝組委會給我這么一個機會，今天看到梯次利用受這么多人關注很欣慰。從2011年開始做梯次利用這方面的研究，找相關的資料很難找，做退役的電池也很難找，那時候電動汽車還沒有進入快速發展期。

接下來跟大家分享一下中國電科院這幾年在梯次利用和電力儲能上的應用。

這幾年電動汽車快速發展，在這個背景下，造成未來幾年退役電池的數量快速增加。梯次利用這個概念大家比較清楚，就是把動力電池從電動汽車上換一個場景，作為低速車、電力儲能或者基站的備用。梯次利用的意義大家也比較清楚，降低電池在車用階段的成本?，F在由于新電池成本比較高，而且一直限制儲能大規模推廣應用，而梯次利用能降低儲能的工程造價，同時梯次利用比較環保，有良好的經濟社會價值。

因此，這幾年國內外很多研究機構都開展了梯次利用的研究。在國內分了大概有三類，第一類，就是電動汽車廠，像比亞迪、北汽新能源比較關注這個。比亞迪在它的工廠建了15兆瓦-30兆瓦的電站梯次利用電站，給它的工廠用的。第二類，像鐵塔集團、電網公司等，屬于儲能的用戶，鐵塔拿來做備用，南方電網在系統里面做儲能。最后一類屬于第三方做儲能的一些機構，比如上海煦達，在江蘇溧陽建了梯次電站，主要做削峰填谷。

國外做梯次利用主要是車廠在做，像通用在大概2011年的時候，和ABB合作，當時做了幾度電的家庭儲能。這兩年做得比較大的一個是寶馬，一個是奔馳，寶馬在2016年有一個2兆瓦，用在光儲充電站的儲能系統。奔馳去年開始建，有一千輛奔馳smart，建了一千兆瓦時的儲能電站。這個我算了一下，電池的利用率非常高的，一輛奔馳smart6度電，是18兆瓦時，它的退役利用率超過90%。還有國外VR實驗室，涵蓋運輸各個環節的標準，叫1974標準。從這些研究來看，早期的電池比較差。這幾年隨著電池性能逐步提升，拆解經濟性比較差，一般采用模組直接利用的方法，現在大多數的儲能系統都是兆瓦級別的。

梯次利用對于電力儲能是消納退役電池的有效手段，為什么這么說呢?因為電力儲能有特別多的需要儲能的場景，我們有時候說這個儲能有五大類17項，我列了一些典型的儲能應用場景?，F在國家風電和光伏裝機容量，按14%去配的話，能消耗120GWh的退役電池。

下面我介紹一下這幾年我們中國電科院，針對一些典型的退役電池樣本開展的工作，我在這兒講三種樣品。第一個，當時2008年奧運會的時候，奧運主廠區的50輛純電動車，是為運動員和記者服務的。這個電池是2020年退役。第二個，是深圳K9電動公交車用的電池，是2015年以后退役。第三個，國家電網公司建的第一個大型的充放電站，在青島薛家島，也是電動公交車，是2016年退役。

第一個奧運這個，當時它用的是錳酸鋰電池，當時拿的時候有幾個模塊沒有給我們，一車325塊電池，把所有一套系統拆解，做了基本性能的表征。我們發現這個電池剩余容量基本上在50%-60%，內阻增加了一倍，自放電率比新電池降低了很多。測試了這個電池倍率和溫升特性，發現倍率的性能已經很差了，EC的溫升大概有5度。我們針對比較典型三種工況做了壽命實驗，對大概能用多久做一個預測，第一種，做容量備用，類似UPS這種，我們給它做了一個預測，發現這個電池在衰減到80%的時候，大概就是三年的時間，跟鉛酸相比沒有什么優勢的。第二個，做削峰填谷，電流比較小，但是充放電深度是80%-100%，對這個壽命做了預測，大概逆核1500次左右，這是實驗室理想的條件下做的。然后做了一個20%，大概DOD充放電類似于電網調頻的這么一個工況，隨著電阻越大的話，電池衰減越快。

根據電動汽車的標準，籌建各種安全實驗，因為儲能電池的標準現在已經報批了，還沒有出來，所以以前我們做這個安全實驗都是用電動汽車的標準來做的，就是這個電池還是可以通過各種電動汽車的安全實驗。

我們最后做了示范工程，在2013年，是26千瓦一千千瓦時，放在北京大興出租車充放電站，主要就是調峰，中午負荷比較大的時候用它頂一下。這個電池做了一百多次循環以后，性能就很差了，后來基本上沒有再用，可能還是因為這個本身電池的性能，新電池也不太好。第二個，我們做了磷酸鐵鋰電池，就是K9這個，拆了39塊左右，這個本身倍率不大，它的倍率特性還是非常好的。雖然說這個電池倍率性能很好，但是因為這個電池容量比較大，我們單個電池不在模組里，一C是5度，兩C是超過10度，超過散熱的問題，工作電池不超過0.5C。做了不同溫度的充放電，在零度以上，電池充放電性能還是非常好的。但是在零度以下，充電磷酸鐵鋰就很差了。

我們做了10種實驗，按照31485不一一講了，并且與新電池做了一個對比，表面溫度比新電池要低。它的壽命，類似于模擬的三種電網的工況，這個電池它的壽命明顯要好很多，四千次含有93%的容量保持率，調頻1.5萬次差不多93%。擱置是做了6個周期，我們根據這個推算的話，做備用電源的話用10-12年。

最后我們用這個電池在張北并網實驗室做了一個一兆瓦的儲能系統，那邊是風電聯合的，主要用這個風電平滑。這個拓撲結構其實很簡單的，就是一個模塊是八串，30個模塊串成電池組，十串并聯構成一個系統。這個系統不像第一個系統，沒有辦法去做實驗。但是從這一年多的實踐看，它運行的效果還是很不錯的。

第三個，剛才說的青島薛家島的問題，軟包的22毫安的磷酸鐵鋰28支，容量還不錯。這個1C的溫升在3度左右。我們做得環境適應性，都是磷酸鐵鋰體系，基本上零度以下就很差了。前一段時間，按31485做得案例，也是現在退役電池基本上電動汽車這個標準可以用的，也是模擬電網工況做得壽命特性。我們拿1400，1000%DOD就差很多，大概可以做到4次。做備用電源做了12個周期，大概推算八年左右。這個電池用電池模組，現在在張北風光儲輸二期建3兆瓦和9兆瓦的儲能系統，這個安裝調試完，跟光伏一塊使用。

最后講一下這些年講做這些東西的體會：

第一個，不是所有的退役電池都可以梯次利用的。為什么?尤其在2012年以前，中國的動力電池當時的制造水平還不像自動化水平這么高。當時的電池還是比較差的，無論從壽命還是安全性來看，用作梯次利用，一個是本身有安全的風險，還有壽命比較差，所以沒有經濟的價值。

第二個，現在梯次還有很多關鍵技術去解決，電池來了，怎么快速評估有沒有安全隱患，剩余壽命有多少。來了以后，怎么讓它低成本的去重組，盡量的用它的管理系統，用它原來的結構件不再去拆解這種東西。

第三個，是它的安全狀態怎么判斷。因為剛才我做了這三個樣品，用的都是電動汽車的破壞性的實驗去驗證它的安全性，其實這個是不能準確的把電池在梯次利用階段用演變狀態來判斷的。這個電池到底用到50%還是40%，在梯次利用過程中，它什么時候發生安全隱患，什么時候容量跳水，這些東西現在不能很好的回答。這個需要通過研究才能決定的。

因為退役的電池，它的狀態千差萬別，所以我們應該根據電池的性能去選擇合適的場景，這樣才能最大限度發揮這個退役電池的價值。比如說這個電池，退役的內阻比較大，發熱比較厲害的話，不適合去做調配，不適合做高倍率的充放電。

最后說一下期望，隨著動力電池技術的持續進步，未來退役電池的性能會越來越好，三元現在做梯次利用不行的，這個技術很難保證。國家工信部推暫行管理辦法，要建立溯源體系，要開放歷史數據，可以提升梯次的經濟性?，F在國家出臺不同政策扶持這個事情，2018年國家重點研發計劃里面就列了梯次利用的國家項目，現在已經申報完畢了，當然還沒有出結果。還有就是工信部一直在出臺促進梯次利用和行業規范的發展。隨著電池技術不斷進步，還有國家政策的不斷地完善，將促進梯次利用和商業技術的成熟。