李剑铎：退役动力电池储能梯次利用解决方案及实例分析

退役电池到底怎么用？这是最关键的问题。

首先技术上要解决退役电池，大家都老生常谈的一致性的问题，在我们做储能或做光伏的人来说，其实有一个很明显答案，就是组串分布式。现在大中型储能基本上都是集中式，1MWh电池分成很多支路并联到一起，接到500kW的储能逆变器上。这种利用方式对于新电池来说没有任何问题，但是对于退役电池肯定不行。你从各种各样的车上拆出来的电池良莠不齐，各种各样的参数完全不一样，把他们并联在一起一定会出很多问题，一致性完全没有办法保证。在这种情况下我们提出组串分布式，就是以一辆车上拆下来的一套退役动力电池作为一个基本的储能单元电池组，然后配上一台中小功率的PCS，加上合适的监控单元构成一个基本的储能单元，再并联在一起，构成一个功率不等的中大型储能功率系统。很多人问这种方式到底行不行、可不可以用，做过光伏的人就会非常清楚，这种方式是完全可行的。2012年以前，在华为的逆变器没有投入到市场的时候，所有厂商做大型光伏电站的时候都是拿光伏逆变器用，因为他们觉得光伏面板太多了。

华为进入市场的时候，用20kW的光伏组串为逆变器PK500kW的光伏逆变器。一个1MW的光伏电站，传统情况下是拿2台500kW的光伏逆变器拼的，华为是50台20kW的光伏逆变器。当时很多人说会不会有多机并联的问题，各种各样的问题确实会有，但是现在都已经解决了，最关键的好处是通过组串式解决方案最大化的发挥了每一个太阳能面板本身的优势。大家可以看到整个市场上现在组串式解决方案和集中式解决方案其实基本上是各占半壁江山。

同样的道理我们可以把思想借鉴到储能系统中，而且最关键的是相对于太阳能面板来说储能电池太脆弱了。一个太阳能面板做集中式可以这么做，仅仅是为了发挥它的大的效应，作为一个储能电芯、电池来说这么多电池我们当然是尽量把它细化，进行管理比较好，所以组串分布式会是我们做梯次利用核心重点。每一辆车上的电池都串联在一起，配上一个PCS坚决做串联不做并联，这样的话通过这一台逆变器对这组串联电池进行合理的控制，其实是可以最大化的保证电池的一致性。所以我们这里画一张图，基本的储能单元就是这样，一台PCS配上一个储能单元监控系统。这个储能单元监控系统需要和BMS连接，然后和EMS联系，同时和PCS进行通讯，现在我们已经把储能单元系统集成到PCS内部，所以不需要额外的空间。

现在我们是按照两种方式来做的，基本上是说推出两种主要产品，一个是功率小点的，一个是功率大点的。其实这对我们来说无所谓，因为我们都是组串式的方案，基本上都是100-150度电为一个系统单元，基本上可以涵盖现在市场上绝大部分电动汽车退役电池，我估计未来两三年内这个要增加到200度电，因为有大量的电动汽车、大巴会退出来。200度电就要配到30到40千瓦，基本上是1：5、1：6的样子。功率和能量的高比例是我要谈的重点，为什么？因为可以保证退役电池可时间、长寿命使用。左下角这张图就是20千瓦120度电、130度电的储能系统，右边这张图就是1.1MWh左右的梯次利用储能系统，这张图里面包括了9套左右的20kW，总共是180kW大概是1MWh左右的容量。

对比传统的梯次利用方法，这里要强调的是整个梯次利用解决方案设计，核心的核心是降低成本。很多人研究动力电池都是要研究动力电池的拆解，这应该是最后的环节，电池不能用了再拆解。最多的方法还是要直接利用，把电动大巴上的退役电池拆下来之后直接利用，配上一些合适的控制策略就构成了基本储能单元。我们的流程可以看到，相对于传统做梯次利用的方式来说已经简化了很多步。这样的话，整个可以说一下系统成本，退役电池可以说没有价格，但是现在比较少，所以很多电池给我们的时候还谈出一些价格出来，只需要你配一些PCS控制系统和集装箱就好，相对于传统新锂电池来说成本至少要便宜一半这样就具有很大操作性了。

这里有两个比较关键的问题我想跟大家解释一下，第一点就是如何解决一致性的问题。刚才我说用组串式的方案只串联不并联。大家也要清楚一点，退役电池不是故障电池，退役是运行了五六年之后由于整体容量不足才退下来的，不是因为故障了、里面有故障才退下来的，里面有故障可以退还到电池厂商由电池厂商进行单个电芯的维修然后更换。所以退役电池其实就是整体容量不足，如果一辆车上的电池退下来，本身的整体容量性还是不错的，所以这是一个很关键的问题。退一万步讲，如果真的是退下来之后电池里面是有故障的，你一查之后发现这个能够显示出来，哪一个单体电池电芯有问题，我们是把它用在静态储能系统中，储能运行范围非常宽。中间如果不行，取出一两个来甚至几个，有的时候取出一个包来对整体容量又影响什么呢？反正原来就是要被淘汰的，没什么价值，能用起来最好，所以从这个角度考虑完全是可以解决一致性问题的。

第二点是最关键的问题，就是如何保障电池安全和可靠的长时间使用寿命。

这里我用一句话概括一下，对待退役电池使用的时候，就应该把它当成铅酸类电池来用。刚才大家看到于总介绍铅炭电池的时候，有一个很重要的数据，他们所配储能系统的功率和容量比基本上都是1：8，750kW的PCS配上6MWh的电池。退役锂电池有同样的问题，因为退役锂电池到后期不能用，最关键原因就是在大电流充放电的情况下，单体电池电压跳的非常厉害，所以一定要让退役电池在使用的时候，控制在0.24以下甚至更小，当然因为这个条件意味着退役电池在使用的时候有很多局限性。调频是不能用的，甚至做离网我都不建议用，为什么？做离网的时候，储能系统功率是负载决定的，负载多大是没人控制得了的，只有做并网的时候，作为一个固定功率充放电的时候，才方便对储能系统进行管理。一个核心是0.24以下，如果是更小那最好，另外一个就是BOD，全新的锂电池一般都是在10%-100%，像这种退役锂电池肯定是不行的。右下方的数字是拿一套退役电池，大概有100多个电芯做的测试，红色是最高单体电池电芯的电压，蓝色是最低电芯电压。可以看到在小电流充放的时候电压差控制都很稳，一般不会超过20毫伏，这种情况下是可以保证长时间使用寿命，如果再看的话会发现在3.45伏的时候，红的线突然飙升到3.6，而蓝色的基本上变化不大，这就是因为BOD控制的不好，还是原来的电动汽车上使用的BOD进行控制，所以到临界点的时候，因为备用电池毕竟是老化的。从电器角度来看，电力电压飙升特别快，触发了单体电压差保护，导致整个系统要停下来。在这种情况下，最高的充电电压，其实也就是和我们最早的运行SOC相匹配，一定要控制住，一定要比原来的动力电车更小才可以。这两种技术条件加在一起，才可以保证这套系统长期稳定运行。大家可以看到右下角充电的图，这是真实运行的，是拿大功率充电，结果还是不错的。我们做的这套系统是从一个16米电动汽车上拆下来的，原来容量是140度电的系统，单体电芯的容量是360左右，放了四五年之后只剩下320左右，我们对它最大的充电电流是40MK也就是八分之一，跟铅酸铅炭电池使用条件是一样的，所以才能保证最高电压差和最低电压差控制在非常合理的范围内。这点是保证退役电池梯次利用非常重要的关键技术点。

下面我也介绍一下案例分享，这张图其实很简单就是谷期充峰值放。基本上就是谷值的时候充进来，白天放进来我就不再说了，所有储能系统中用户最典型的应用模式。这是在常州开始试运行的系统，这是内部图大家可以看到都是直接从电动汽车大巴上拆下来的退役电池，基本上原封不动搬过来的，很多外面壳子上还有铁锈，右侧是9套PCS180kW/1MWh的系统，右下角是外观，右上角是监控系统。基本上来说,我们现在给客户提供的项目质保一般是五年，但是我觉得这种运行方式运行到八年问题不大，好像大电池一样拿一个小水管充放对电池影响不大。

这是我们在上海一家公司做的商业式储能系统，直接把一套20千瓦、120度电左右的系统装到客户的公司里面，给公司提供削峰填谷。直接看一下这个数字，这个是一天的运行案例，因为本身120度电我们不会充满只会充90，峰时平时共放电99.6度电。因为我们这个客户是典型的商业用户，白天的负荷量很大。尤其是上海，白天特别热所有空调全部开起来，可是晚上下班之后没人了，我们知道各个地区的峰值电价包括两部分，一个是早上8-12点，另外是晚上6-10点，有的地区可能有点差异，但是大体是这样的。如果我们只放白天上午峰值部分，其实电是放不完的，因为晚上的时候基本上都已经没人了，但是同时我们因为对这个有需量管理（衡量你一天24小时最大功率不要超标），所以说我们要在下午放很多电过来。实际应用中不同的客户类型会碰到不同的问题。所以在上面的峰谷电价收益中每天净收益达到了68.5元，一年收益大概是21900左右。除此之外还有需量电费收益，正常情况下客户最高申到了80kW，后来我们建议客户申到60kW，我们自己本身再帮20kW。

为什么我们只申请20kW的系统？其实是因为储能系统在运行的时候电池电压是要下降的，电流是固定的，所以电流输出功率基本上是减少。为了保险起见，20kW的输出功率取50%，按照50%来算每个月减少10kW，每年节约5040元。直接估算一下投资回报年限,我们是按照120度电一套系统一块钱的成本估算，大概是在4.45年收回投资成本，而且是按照一年运行320天来算的，这不是一个理论，是真实算出来。这个是我们记录日储能系统的报表。这个报表完全可以套用到1MWh的系统，1MWh就是由九套系统中弄出来的，从这里可以看到投资回报性是非常好的。我这里估算了一块钱一瓦时，明年可能是0.8元，后年可能是0.6元，电动汽车退役电池梯次利用最重要的就是成本。