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什么样的动力电池适合梯次利用

文章出处:未知 作者:admin 人气: 时间:2018-04-12 10:02 【

跟着国家出台详细方针,关于动力电池梯次运用的话题最近多了起来。看到网上有这样一个问题:三元锂电池、磷酸铁锂电池以及其他正极资料的电池,哪品种型更适宜梯次运用?
总结
1)具有明确历史数据,能够通过数据剖析,根本取得其安全性和剩下价值点评成果的电芯,更具二次运用的优势;
2)规范一致,包含外形、功能参数等,整体数量大的电芯,比方干流容量规范的18650。跟着官方出台电池规范的履行,商场运营经验的逐步丰富,信任电芯、电池组的一致性会越来越好,越来越有利于二次运用。
3)关于规范参数过于杂乱,单一品类数量过小的电芯(在动力电池商场发动初期,电芯类型比较杂乱),恐怕做质料收回,会集处置,是更合理的办法。
4)考虑详细运用场景,依据对标产品点评退役电池的经济性,是详细开发动力电池二次运用产品的好办法,而不是直接做出判别。
咱们不论官方,不论收回有责的主机厂,不论群众,只站在希望投身这个职业的从业者的视点,看待这个问题。我应该把时刻精力投入到哪个范畴,才干最值得。这儿的值得,既包含安稳收益的可能性大,也应该包含时刻维度,长时刻今后,我的范畴至少还存在。
针对这个问题,欠好直接答复,因为梯次运用的收益高低并不彻底取决于三元仍是铁锂。这儿转个弯,评论一下,什么特色的电池适宜进一步开发梯次运用?

1 正极资料不同带来电芯功能的差异
正极资料的安全性,能量密度和功率密度是当时不同车型对锂电池类型做出取舍的根本依据,但后文能够看到,动力电池本身的特性,并不能彻底的决议梯次运用功能的好坏。


1)锰酸锂
锰酸锂,作为运用历史比较长的一种锂电池资料,其安全性高,特别抗过充才能强,是一大突出长处。因为锰酸锂本身结构安稳性好,在电芯规划时,正极资料的用量不必逾越负极太多。这样,使得整个体系中的活性锂离子的数量不多,在负极充溢今后,不会有太多的锂离子存于正极。即便呈现了过充景象,也不会呈现大量锂离子在负极堆积构成结晶的状况。因而,锰酸锂的耐过充才能在常用资猜中是最好的。
别的,资料价格低廉,而且对生产工艺要求相对不高,是比较早取得广泛运用的正极资料。

2)磷酸铁锂
磷酸铁锂的长处首要体现在安全性和循环寿数上。首要的决议要素来自于磷酸铁锂的橄榄石结构。这样的结构,一方面导致磷酸铁锂较低的离子分散才能,另一方面也使它具有了较好的高温安稳性,和良好的循环功能。
磷酸铁锂的缺陷也比较显着,能量密度低,一致性差以及低温功能欠安。
能量密度低是资料本身的化学性质决议的,一个磷酸铁锂大分子只能对应容纳一个锂离子。

3)三元锂
三元锂正极资料,归纳了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三中资料的长处,在同一只电芯内部构成协同效应,统筹了资料结构的安稳性、活性和较低本钱三个要求,是三种首要正极资猜中能量密度最高的一种。其低温作用也显着的好于磷酸铁锂电池。
三种元素中,Ni的含量越高,则电芯的能量密度越高,一起,电芯的安全性越低。在实践运用中,三种资料在电芯中的份额联系,跟着时刻的推移一直在发作变动。人们对能量密度的寻求越来越高,因而Ni 的占比也越来越高。而电池本身安全功能的改进和体系监控处理事端才能的前进,也会推动三元锂电池商场扩张的脚步

2 退役动力电池的首要对标是铅酸蓄电池
关于当时正在运用铅酸蓄电池的场景,许多都是价格灵敏,空间不灵敏,功能不灵敏,才挑选运用铅酸电池的。当退役动力电池处理了价格问题,则很大可能代替铅酸的部分运用。
有文献专门对比了铅酸蓄电池与推理动力锂电池的特性。依据大多数轿车制造商和电池厂的主张,应该替换残留70〜80%容量的EV锂离子电池组,否则可能发作意想不到的驾驭毛病和安全问题。现在这一进程一般发作在车辆运转3〜5年后,需求考虑替换电动车动力电池组。
虽然退役锂电池的一些功能参数有所下降,但与铅酸电池比较仍有优势。从表1的数据表中能够看出,退役电池的循环寿数和能量密度远高于铅酸电池,一起铅酸蓄电池的价格优势较弱。

表一,锂离子电池和铅酸电池的参数比较




3 影响梯次运用的首要要素
1)检测、挑选、再加工本钱
退役动力电池的再运用生存空间,可能会跟着新电池本钱的下降而逐步被揉捏。短期内,不会遭到其他类型电源的冲击,包含降价今后的新电芯的冲击,这是挑选梯次运用电芯细分品类首先需求考虑的要素。
GGII数据显现,2017年年末动力电池价格较2017年头下滑20%~25%。磷酸铁锂电池组价格从年头的1.8~1.9元/Wh下降到年末的1.45~1.55元/Wh。三元动力电池包价格从年头的1.7~1.8元/Wh下降到年末的1.4~1.5元/Wh。
有新闻报道称,2017年中期,我国动力电池比能量为180Wh/kg,到2020年,动力电池比能量也会不断前进,将到达300Wh/kg。到2020年,全球电池体系每千瓦时均匀价格,大约在1000元人民币、100美元和100欧元之间。”
当新旧电池的差价挨近检测、再加工、设备替换、旧电池保护修理等二次运用电池的归纳本钱今后,就可能呈现旧电池没有再运用价值的状况。假如能够运用历史数据,则省去部分检测本钱,这个时刻会来的晚一些。
没有再运用的激动今后,动力电池只要拆解收回原资料这个办法会集处理。电池拆解应该是生命周期较长的一种电芯处理办法。当然,电芯二次处理以及一致规范、模组规划,电池包运营形式等等,对电芯等级的二次运用都有影响,还需求调查相关技能发展状况,加工本钱的下降趋势。

2)处理技能有降本钱的空间,前进功率的空间
这个视点其实是1)的延伸,什么样的电芯能够实现少数研制支撑批量生产运用呢?
a规范一致性
在电动轿车产业前期呈现,电芯品种多,量又不大,而电芯的检测,不同类型的电芯,参数个性化很强,因而,能够说,到现在,18650等通用规范的电芯,比较具有研讨价值。
b有历史数据的电芯
有了历史数据,动力电池都阅历了哪些滥用,充放电容量整体改变状况,电压等等都记载在案。借助对电芯外部特性与内涵结构之间联系的研讨成果,不必拿到电池就能够先进行初步的一致性点评,剩下价值点评,安全性点评。
有官方文件要求,2017年之后注册挂号的新能源轿车产品,非个人购买的新能源车辆、
个人购买的商用车及专用车,依照国家规范《电动轿车长途效劳与办理体系技能规范》(GB/T 32960)要求上传相关数据。个人购买的新能源乘用车,在整车车辆状况、充电状况、运转形式发作改变时上传相关数据,但不包含定位数据。在此之前,不同车辆电芯的数据记载状况可能良莠不齐。

3)动力电池二次运用的场景
现在熟知的是电力储能电站,新能源电站,家用储能,电力补给车辆,低速电动车辆,通讯基站,新能源路灯等等。关于每一种运用场景,对电池的功能要求,对价格的灵敏程度,没有详细数据,不敢往下定论,后续把握详细数据后,在另起标题进一步评论。但他们需求的不同,必定影响用户挑选时,重视电池的哪些功能,这是客观存在的联动联系。

4 一个典型的退役动力电池运用场景举例——通讯基站
Chunbo ZHU于2017年宣布在IEEE上的一篇论文,《Effect of remaining cycle life on economy of retired electric vehicle lithium-ion battery second- use in backup power for communication base station》,针对通讯基站运用动力电池的推理模型,文章有宣布周期,数据仅供参考。从这个案例不难看出,运用场景的详细信息,关于点评一种电芯的运用是否适宜,是非常重要的,因而过于抽象的点评适宜或许不适宜,这不科学。

1)工作条件和运用场景
在我国,通讯基站数量非常巨大,散布规模很广,在偏僻市郊,路途两边,山顶上建设了越来越多的基站。跟着技能的前进,电网无法到达的偏僻地区,太阳能和风能等可再生能源向基站供电也现已广泛呈现。
现在,购买铅酸电池的商场价格及其后处理费用别离为0.6元/ Wh和0.2元/Wh。我国铁塔有限公司开发的测验规范所要求的铅酸蓄电池的循环寿数超越200次。依据通讯基站办理单元的研讨,通讯基站的备用电源工作条件,运用场景及相关的详细参数列于表二。
表二,基站的工作条件和运用场景参数




*新能源场景,在白日运用太阳能作为基站电源并给电池组充电,晚上运用备用电池组来保持基站的运转,电池组相当于每天1次充放电循环。
**高温场景和三种或四种电场景界说为每个月停电次数≤4.5次。
***一种或两种电力场景界说为每月停电次数≤3.5次。这儿只要正常供电停电,才会用到电池供电。

2) 本钱核算模型
不管备用电源的工作条件如何,在比较备用锂电池和铅酸电池的工作条件时,要剖析的参数都是相同的。这些参数首要包含:电池容量,购买单价,装置和替换本钱,电力,电池组的废旧处理本钱,依据工作条件断定的不同操作战略,电池电量要求和电池放电时刻等。
下面是各个本钱预算相关参数的公式表述。在本钱剖析中,最重要的方针是退役锂电池与铅酸电池比较每年均匀节约多少本钱,该方针直接反响退役锂电池的经济性,能够通过公式(1)核算。




其间:
R :年本钱节约率,%;
Pb aac:铅酸电池的年均匀本钱,万人民币;
LiAAC :退役的锂离子电池的年均匀本钱,万人民币。

依据公式(2)点评年度本钱,




其间:
AAC :年均匀本钱,万人民币/年;
cost:预算或操作周期的总本钱,万人民币;
Topr :估量或操作周期,年份。

预算运营周期的总本钱(COST)
首要包含备用电池组的总本钱;后期保护费用,电池组初始装置费用和替换费用以及废旧电池组的剩下价值。当核算操作周期时,一起考虑日历寿数和循环寿数。



其间:
T opr :预算或操作周期,年份;
Pb_T perl :铅酸电池组循环寿数持续时刻,年;
Pb_T cal :铅酸电池组日历寿数时刻,年;
Li_T perl :退役的锂电池组循环运用期限时刻,一年;
Li_T cal :退役的锂电池包装日历的运用时刻,年。

电池循环寿数持续时刻(Tperl)由电池的循环寿数(Ncl)和运转战略(Noc)决议。运转战略是指充电的数量以及依据工作条件和运用场景取得的电池组每日完结的放电周期。这个参数能够通过运用(4)来核算。




其间:
Ncl:电池组的循环寿数,次数;
Noc:运转战略,每天循环次数。

基站完工并运转后,备用电池的本钱首要是电池组运用寿数到达期限时的替换费用,可由(5)式核算。

其间:
COSTopr :替换费用,万元人民币;
T opr :操作周期能够取铅酸和退役锂电池的最小公倍数,年;
T perl :电池组循环运用期限,年,;
T cal :电池组日历运用寿数,年;
COSTrplbpl :电池组的单个替换本钱,万元。

从前面表二数据能够看到,退役锂电池循环寿数长,能量密度高,因而替换次数少,替换起来更加便利,进而替换本钱比铅酸要低。

3)估量成果剖析
现在在我国,新动力电池价格约为2.2元/Wh,退役锂电池的均匀电池价格约为0.73元/Wh,挑选和重组部件的本钱约为0.60元/ Wh。考虑到现在运用退役锂电池正处于试运转阶段,批量生产后仍有价格空间,所以把基站可用的退役锂电池体系价格定在1.1元/ Wh。我国“十三五”发展规划断定的锂电池价格为≤0.8元/小时,现在的新旧电池份额核算,在“十三五”发展规划完结后,退役锂电电池电量估量应到达0.265元/ Wh。考虑到可用电池的份额(部分电池因各种原因无法进行二次运用,暂定份额为50%)和退役锂电池的容量衰减(暂定70%),而且依据现在的电池挑选和分组办法,从头调整后的退役电池价格估量为0.265 / 50%/ 70%= 0.757。因而,运用方针单价为0.7元/ Wh的收购价格进行比较剖析。
依照电池作废后,需求支付的价格为0就能够得到电池组,而挑选重组后的购买价格别离设定为1.1元/ Wh和0.7元/小时,在各种工况下循环,退役锂电池与铅酸电池比较,本钱节约率成果如下图所示。

a) 购买价格为0.7元/Wh,循环寿数对节能率的影响

b) 购买价格1.1元/小时,循环寿数对节能率的影响

在新能源范畴,退役锂电池剩下循环寿数为443次(购买价格1.1元/小时)和286次(购买价格0.7元/小时)时,退役锂电池总本钱与铅酸电池相同。跟着剩下循环寿数的添加,退役锂电池的经济效益显著添加。这首要是因为在这个场景中,电池组的运转状况是电池组每天要完结一次充放电循环,所以电池组的剩下循环寿数是影响经济性的最重要要素; 经济效益归于剩下循环寿数灵敏型。

在别的三个运用场景中,即便购买价格不同,当退役锂的剩下循环寿数为219次(高温场景),214次(一种或两种电量)时,储蓄率到达固定值, 274次(三种或四种电力),而且跟着剩下循环寿数的添加,本钱节约率将不会前进。例如在高温场景中,这个场景关于电池组的操作状况约为4.5次/月的充电和放电周期,因而电池组的日历寿数是影响经济的首要要素,本钱节约率对日历寿数灵敏。该场景的实践核算是:当铅酸电池循环寿数为200次,退役锂电池剩下循环寿数为400次时,在这个场景中,循环寿数时刻别离能够到达3.65年和7.31年,比相应的日历寿数时刻(2.5年(铅酸电池,约137次循环寿数)和4年(退役锂电池,约219循环寿数))长的多。依据经济核算模型,在核算中起作用的参数是电池的日历寿数,剩下循环寿数的添加不能改进本钱节约性。别的两个场景的状况是类似的,这儿不再重复。

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