對(duì)于電動(dòng)汽車電池來講，不管在役也好，還是退役以后，都可以把它的儲(chǔ)能價(jià)值挖掘出來。在役時(shí)可以通過V2G模式挖掘出來，還有人提出來V2B、V2H模式。退役后就是梯次利用，一般認(rèn)為80%左右就要退役，退役后并不是不可用，還可以充放電，只是容量變小，使用條件得更溫和。不同的研究者，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，梯次利用場(chǎng)景也不一樣。把汽車電池里的價(jià)值發(fā)揮到最大，也符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保，資源循環(huán)利用要求。

——上海電力大學(xué)廖強(qiáng)強(qiáng)

北極星電力網(wǎng)于 2020年 11 月 3-4 日在無錫舉辦“聚力當(dāng)下，樁點(diǎn)未來“為主題的“2020 新基建充電樁發(fā)展論壇”。北極星電力網(wǎng)全程直播》》》。論壇上上海電力大學(xué)教授 廖強(qiáng)強(qiáng)作“電池健康度快速評(píng)估方法研究”主題報(bào)告。

文字實(shí)錄：

我今天報(bào)告題目“電池健康度快速評(píng)估方法研究”，我主要開展一些工作包括電池性能評(píng)估，以及梯次利用，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中一些應(yīng)用，以及儲(chǔ)能電站評(píng)估，還有一些比較軟的儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)劃，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析方面做了一些工作。

實(shí)驗(yàn)室介紹

上海電力大學(xué)在電力儲(chǔ)能方面有兩個(gè)省部級(jí)平臺(tái)，是上海市科委批準(zhǔn)的，其中一個(gè)是電力能源轉(zhuǎn)換工程技術(shù)研究中心，這個(gè)工程中心做的一個(gè)主要工作就是關(guān)于儲(chǔ)能的事情，另外一個(gè)是上海市電力材料防護(hù)與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。老師有做儲(chǔ)能材料，也有做儲(chǔ)能系統(tǒng)，我這邊主要是偏向儲(chǔ)能系統(tǒng)。

我們也做一些光儲(chǔ)微網(wǎng)運(yùn)行的研究，另外還有儲(chǔ)能削峰填谷的研究。電池里面一個(gè)很重要的參數(shù)就是內(nèi)阻，內(nèi)阻方面的測(cè)試儀器我們也都有的。我們做過一些磷酸鐵鋰電池研究，從形狀上來講也有圓柱形，方形，軟包的等等。另外有一些是單體，有一些是模組都做過一些測(cè)試，這是我們前期承擔(dān)一些工作情況。汽車電池里面儲(chǔ)能研究包括兩塊，一塊就是后面要講的，梯次利用過程中電池健康度快速評(píng)估，另外一個(gè)就是電動(dòng)汽車電池在役的時(shí)候，還沒退下來的時(shí)候，它其實(shí)也可以作為儲(chǔ)能進(jìn)行利用。

我們?cè)谔荽卫米隽艘恍┕ぷ?。承?dān)了一些電力公司的項(xiàng)目，還有一些汽車公司，比如上汽，以及其他一些公司的項(xiàng)目，現(xiàn)在很多的這種集團(tuán)公司都是在做一些儲(chǔ)能的事情。比如上海電氣，專門有一個(gè)分布式能源科技有限公司，其中一個(gè)主打業(yè)務(wù)就是在儲(chǔ)能上，建了不少儲(chǔ)能電站。

我們?cè)陔姵亟】刀瓤焖僭u(píng)估方面申請(qǐng)了一些專利，有一些已經(jīng)授權(quán)了，也轉(zhuǎn)讓了，還有一些現(xiàn)在在審的過程中，包括也有正在申請(qǐng)的。我們?cè)陔姵亟】刀瓤焖僭u(píng)估方面建一些模型，也盡可能想把這個(gè)模型做成軟件，然后在實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用。今年做的一個(gè)工作，就是對(duì)儲(chǔ)能電站進(jìn)行在線快速評(píng)估，先是建立一個(gè)模型，然后再做成軟件，這家公司有一個(gè)云平臺(tái)，把快速評(píng)估子模塊嵌入到云平臺(tái)里面去，就可以在線評(píng)估各個(gè)電池的健康度。

對(duì)于梯次利用儲(chǔ)能研究，我們想做成一個(gè)系統(tǒng)，看看性能怎樣，也前后做了兩個(gè)小系統(tǒng)。一個(gè)跟光伏結(jié)合起來的，光儲(chǔ)應(yīng)用方面梯次利用案例。另外一個(gè)是削峰填谷的，在園區(qū)里面，做了一個(gè)200度的儲(chǔ)能系統(tǒng)。我們做的這部分工作也得到了媒體的關(guān)注和報(bào)道。

電動(dòng)汽車電池儲(chǔ)能潛力

我們現(xiàn)在主要的研究對(duì)象就是電動(dòng)汽車?yán)锩娴碾姵?，不管在役還是退役也好。我們關(guān)注的，把電動(dòng)汽車電池用作儲(chǔ)能，看看它的儲(chǔ)能潛力發(fā)揮出來有多大。我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量越來越大了，到現(xiàn)在為止，我們國(guó)家有400多萬輛電動(dòng)汽車，電動(dòng)汽車有這么多，相應(yīng)電動(dòng)汽車容量也就很大了，要比現(xiàn)有全球電化學(xué)儲(chǔ)能電站容量多很多，20倍的樣子。如果把電動(dòng)汽車電池，在役時(shí)候發(fā)揮出來，通過V2G模式發(fā)揮出來這是一個(gè)很大的儲(chǔ)能潛力。同時(shí)，電動(dòng)汽車電池用了幾年以后面臨退役問題，并不是報(bào)廢，退下來以后還能挖掘它的儲(chǔ)能潛力呢？

電動(dòng)汽車規(guī)模有這么大，未來退役下來的規(guī)?？隙ㄒ彩遣恍〉摹Ｋ詫?duì)于退役電池，全國(guó)上下都是非常關(guān)注的。對(duì)于電動(dòng)汽車來講，不管在役也好，還是退役以后，我們都可以把它的儲(chǔ)能價(jià)值挖掘出來。第一部分在役時(shí)候可以通過V2G模式挖掘出來，還有人提出來V2B，移動(dòng)大樓里面，底下有停車庫，給這大樓削峰這個(gè)也是可以辦到的。退下來以后就是梯次利用，一般認(rèn)為80%左右就要退役，并不是不可用，還可以充放電，只是容量變小了而已，只是使用條件得更溫和，但還是可以使用的。

不同的研究者，他根據(jù)不同應(yīng)用需求，梯次利用場(chǎng)景也是不一樣。當(dāng)然，梯次利用以后最終還是要報(bào)廢了，還是要走材料分解這條路。整個(gè)這個(gè)鏈條走完，其實(shí)相對(duì)來講就是把汽車電池里的價(jià)值發(fā)揮到最大了，這個(gè)也符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保，資源循環(huán)利用的這種要求。

其實(shí)在國(guó)家層面來講，對(duì)于電動(dòng)汽車電池的儲(chǔ)能屬性的發(fā)揮和挖掘，國(guó)家一直有政策出臺(tái)的，我收集了一下，從2017年到2020年，最近的是今年10月20日國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)的一個(gè)文。從2017年發(fā)改委，然后到2018年工信部，到今年國(guó)務(wù)院辦公廳都有關(guān)于電動(dòng)汽車，不管在役也好，退役也好，拓展其儲(chǔ)能屬性的支持政策都有的。

退役電池健康度快速評(píng)估方法

快速評(píng)估，就是從一些電阻，電壓比較快速容易檢測(cè)的指標(biāo)里面，看它們數(shù)據(jù)變化來反映SOH變化，健康度變化。我們當(dāng)時(shí)最早做的一個(gè)案例，一些舊電池單芯，SOH衰減不一致的電池拿過來評(píng)估，其實(shí)剛開始評(píng)估的時(shí)候也不知道到底哪些指標(biāo)跟它的SOH掛鉤，相當(dāng)于人的身體全面健康檢查一樣，各個(gè)指標(biāo)檢測(cè)一下，看看哪些指標(biāo)跟它的健康度是強(qiáng)相關(guān)的。后來發(fā)現(xiàn)鋰離子電池?cái)U(kuò)散系數(shù)指標(biāo)，通過一個(gè)電化學(xué)阻抗譜測(cè)量，再通過一定的模型去解析，解析出電荷轉(zhuǎn)移電阻等等這些參數(shù)出來。右邊那張圖里面可以看出來，容量高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，容量低的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小，把它作為SOH快速表征指標(biāo)，我們覺得是可以探討的方向。交流阻抗這種評(píng)價(jià)方式可以幾分鐘測(cè)完。只是要把里頭的一些特征指標(biāo)跟SOH掛起鉤來，這是需要研究的。 第二個(gè)案例，從開路電壓角度做一些快速評(píng)估，它已經(jīng)是一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，BMS可以把電壓這些數(shù)據(jù)記錄下來，記錄下來以后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)行建模，然后分析，然后可以做一些快速評(píng)估。

另外一個(gè)案例，我們從工作電壓角度來做快速評(píng)估。剛才我說了，無論是工作電壓也好，開路電壓也好，如果已經(jīng)是一個(gè)系統(tǒng)，BMS是可以采集到這些數(shù)據(jù)，只是這些數(shù)據(jù)變化跟SOH變化之間有什么關(guān)系。我們這里頭的案例是奇瑞的一款電動(dòng)汽車上的電池，采用的是小電池，26650，用的是天津比克。一個(gè)模組15并四串，有四個(gè)電壓，電壓通過BMS導(dǎo)出來之后做分析，當(dāng)時(shí)我們提出來一個(gè)Lorenz離散度這個(gè)指標(biāo)，我們發(fā)現(xiàn)其跟SOH之間也有很好的線性關(guān)系，誤差也是很小的。我們覺得這是可以去實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)算法，當(dāng)時(shí)也把它做成一個(gè)軟件，然后可以快速評(píng)估。這是從工作電壓角度做快速評(píng)估，提出了Lorenz離散度作為快速評(píng)估指標(biāo)。

另外一個(gè)案例也是從工作電壓角度出發(fā)，但是我們從另外一個(gè)指標(biāo)上看看它們是否也有一個(gè)關(guān)系，提出了離散Frechet距離這個(gè)快速評(píng)價(jià)指標(biāo)。比較各個(gè)參數(shù)之間的相似性，如果它們相似性很好的話，兩個(gè)線要重合，說明一致性很好；反之越遠(yuǎn)，就反映了不一致性。我們采用了一些算法，建立了相應(yīng)的模型，發(fā)現(xiàn)充放電末端最后幾分鐘電壓數(shù)據(jù)來做的離散Frechet距離跟SOH之間有很好的線性關(guān)系。

另外我們還從溫度角度來嘗試，看看是不是可以建立一些快速分析的方法。這個(gè)采用的是特斯拉的21700電池，這四個(gè)電池SOH是不一樣的，是有梯度的。電池在充放電過程中，有溫度變化。這張圖是在充電過程中溫度變化一個(gè)情況，溫度在升高，也出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)。我們做一些處理，采用概率密度函數(shù)處理方法，中間這些曲線然后轉(zhuǎn)化為右邊這些曲線，出現(xiàn)一些峰，表明什么意義呢？它跟SOH之間有什么關(guān)系呢？我們后來發(fā)現(xiàn)了，前面一個(gè)峰，紅色表示的，最高峰，它的峰高（概率密度）跟SOH之間也有一個(gè)很好的線性關(guān)系。

這是講的一些電池健康度快速評(píng)估的案例，其實(shí)這些方法也可以應(yīng)用到不管是退役電池還是在役電池的快速評(píng)估，可以是一個(gè)儲(chǔ)能電站，或者汽車電池里面的健康度評(píng)估，其實(shí)都是可以去實(shí)際應(yīng)用的。

儲(chǔ)能電站健康度在線評(píng)估

這是今年做的一個(gè)案例，儲(chǔ)能電站健康度在線評(píng)估，我們跟上海電氣分布式能源有限公司合作的。他們買了比亞迪退役下來的電池，大巴上的電池，也是比亞迪那邊評(píng)估好了，然后做成儲(chǔ)能電站。儲(chǔ)能電站做了好像十幾個(gè)，在上海也有，外地其他地方也都有。做成儲(chǔ)能電站時(shí)，本來是篩選過了的，它的健康度、一致性還是比較好的，但是運(yùn)行一兩年以后，它的不一致性差距在拉大，到底哪些電池好，哪些不好，希望從運(yùn)維角度來講，希望得到一些比較明確的信息。我們利用現(xiàn)有的充放電電壓數(shù)據(jù)做了這個(gè)工作。

通過充電曲線我們做一定處理，就可以得到一個(gè)電壓的概率密度隨充放電時(shí)間的關(guān)系。這就會(huì)出來一些峰，我們以最大的峰做比較，發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律，每塊電池SOH跟概率密度之間有很好的線性相關(guān)。他們當(dāng)時(shí)也給我們一些考核指標(biāo)，我們要預(yù)測(cè)電池SOH情況，其中提到一個(gè)準(zhǔn)確度，當(dāng)時(shí)提出相對(duì)誤差要不大于7%，做下來效果比這個(gè)預(yù)期的要好。根據(jù)這個(gè)模型，利用BMS提供待測(cè)電芯的電壓數(shù)據(jù)，我們可以得到電壓的概率密度，每一個(gè)電芯電壓最大概率密度代到方程里面就可以求出SOH，也就是這個(gè)預(yù)測(cè)值。然后再去測(cè)電池實(shí)際的容量，也就實(shí)際SOH，并與預(yù)測(cè)值做比較。我們發(fā)現(xiàn)它的相對(duì)誤差還是比較小的，不大于5%，大部分在1%，2%，還有近似相等的情況，比我們預(yù)想的要好。這是儲(chǔ)能電站評(píng)估。我們把它做成軟件了，現(xiàn)在正在上線調(diào)試，基本上快結(jié)束了。

我的匯報(bào)講到這里，謝謝大家。

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