鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：958次 | 2022年01月21日
科士達(dá)充電鋰電池梯次利用解決方法，讓廢舊電池發(fā)揮余熱
近年來，隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，人類的居住環(huán)境問題日漸突出，世界各地如何更好的進(jìn)行環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今各國共同的研究方向。新能源成為環(huán)保項目的主力軍，新能源汽車也應(yīng)運(yùn)而生。作為核心部件的電池，人們的研究方向往往側(cè)重于如何更高的提高性能。
而鋰離子電池因具有質(zhì)量輕、體積小、能量密度高、循環(huán)壽命長、存儲壽命長、一致性高、充放電電壓平臺較高、能承受的環(huán)境溫度以及無污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電動汽車上。
就單從目前我國的新能源汽車行業(yè)來說，從上面淘汰的動力鋰電池經(jīng)過檢測，盡管其不適用于車載續(xù)航，但其儲能能力仍有著巨大的實用價值。
假如直接的進(jìn)行拆解，那么是對電池剩余使用價值的很大浪費(fèi)，這些淘汰的動力鋰電池除了內(nèi)部的化學(xué)活性下降一些外，電池內(nèi)部的化學(xué)成分依然完好，這些電池的剩余能量仍然能夠滿足家庭的日常儲能、分布式發(fā)電領(lǐng)域以及換電站、后備應(yīng)急等儲能設(shè)備的使用，隨著退役鋰離子電池二次利用技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)性的提高，鋰離子電池的二次利用將會快速發(fā)展，從而使鋰離子電池的全部價值充分的發(fā)揮利用。
從電動汽車中退役下來的鋰離子電池，存在很大的不一致性的問題。造成這種不一致的原因重要包括如下幾點(diǎn)：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（1）電池出廠性能的不一致，原材料的不均勻和制造工藝的差異導(dǎo)致電池的不一致性問題，這是客觀出現(xiàn)的。
（2）電池出廠后所處環(huán)境的不同，例如不同的環(huán)境溫度、自放電程度、空氣潮濕度、通風(fēng)條件等等，都會導(dǎo)致不一致性的問題。（3）使用中進(jìn)一步加劇電池不一致性，電池組最大有效容量通常由有效容量最小的電池決定，由于其長期處于過充過放狀態(tài)，老化速度將加快，形成惡性循環(huán)，致使電池組不一致性呈擴(kuò)大趨勢。（4）不同的外部使用環(huán)境會加深其不一致性差異，電池組中各模塊的排列位置、溫濕度、散熱條件、充放電進(jìn)度等存在一些不可防止的差異，在某種程度上加大了電池組的不一致性。
電池的不一致性是制約其再利用的最大的因素，重要包括荷電狀態(tài)（SOC）、電池內(nèi)阻、電池容量、開路電壓及工作電壓、放電平臺時間、倍率性能、自放電率、充放電效率以及循環(huán)壽命等影響因素。
一般來講，淘汰電池的再利用過程通常是失效處理、外結(jié)構(gòu)拆解、電芯檢測、篩選分類，然后再進(jìn)行梯次再利用。這個過程可以降低一定程度的不一致性，但是這個降低的幅度還是很有限的。
傳統(tǒng)的儲能電站，都是采用鋰離子電池直接接入儲能變流器（pCS）的直流端，經(jīng)過pCS來進(jìn)行蓄電池的充放電控制，如圖-1：
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
圖-1儲能電站參考原理圖
在中大型項目中，由于pCS功率和蓄電池容量都比較大，就會造成數(shù)據(jù)巨大的鋰離子電池并聯(lián)在一起接入pCS，并且采用充放電控制策略也完全一致。這樣對鋰離子電池的一致性要求就非常的高。
假如使用全新的鋰離子電池，因為出廠時經(jīng)過了各方面的檢測，同一廠商的產(chǎn)品在一致性方面是比較有保障的。所以在此類項目中不會造成很大的影響，但是因為生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成的不一致性的存在，廠商關(guān)于可并聯(lián)的鋰離子電池容量也是會有推薦上限值，就是為了防止不一致性導(dǎo)致的各種問題。
但是退役電池的不一致性就要更加嚴(yán)重，也不僅僅是不同廠商和批次的因素，還有包括荷電狀態(tài)（SOC）、電池內(nèi)阻、電池容量、開路電壓及工作電壓、放電平臺時間、倍率性能、自放電率、充放電效率以及循環(huán)壽命等影響因素。
以蓄電池SOC在二次使用中帶來的問題為例。假如退役鋰離子電池正常可以二次利用的容量是30%到80%，那么在充放電過程中，就會存在因SOC的不同，個別的鋰離子電池?zé)o法完全的充電或者放電，這樣無法充分的發(fā)揮退役電池的剩余價值。假如這時候還是采用傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)，就會在充電或者放電時過早的因這塊"短板"而被迫推出運(yùn)行。
同時還有電池內(nèi)阻、電池容量、開路電壓及工作電壓等因素，也會引起過充過放、電池環(huán)流、發(fā)熱起火等不利的影響，有的可能會導(dǎo)致安全的問題。并且因為不同廠商而不一致的BMS系統(tǒng)方法，也是梯次利用的不利因素。
針對上述的退役電池的多種不一致性因素，為了更好的梯次利用退役電池，科士達(dá)推出了針對性的產(chǎn)品以及解決方法，即為通過DC-DC變換器來實現(xiàn)的直流母線方法：鋰離子電池通過多個DC-DC變換器并入到直流母線，pCS的直流端也并入到直流母線，pCS的交流端就并入交流電網(wǎng)（本案例為并網(wǎng)方法，其他案例方法亦可以實現(xiàn)，本文不做介紹）。
方法原理圖如圖-2：
圖-2退役電池的梯次利用系統(tǒng)原理圖
由于是通過多個DC-DC變換器分別接入母線的鋰離子電池，所以DC-DC變換器可以根據(jù)不同的退役電池采用不同的充放電控制策略，對接不同的BMS系統(tǒng)，可以很好的規(guī)避退役電池的不一致性。通過直流母線來使退役電池的差異化控制和pCS的整流/逆變控制很好的解耦，使整個系統(tǒng)最優(yōu)的穩(wěn)定運(yùn)行。
本系統(tǒng)應(yīng)用于退役電池的梯次利用有很大的優(yōu)勢，具有以下系統(tǒng)特點(diǎn)：
系統(tǒng)特點(diǎn)一：在DC/DC變換器直接接入不同品牌、類別、SOC的電池，消除不同電池組并聯(lián)之間出現(xiàn)的環(huán)流問題。
系統(tǒng)特點(diǎn)二：解決鉛酸鉛炭電池?zé)o法大規(guī)模并聯(lián)的問題，可接入不同品牌的電池組，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利用價值提升。
系統(tǒng)特點(diǎn)三：在系統(tǒng)中替換任意電池品種及不同剩余容量（SOC）的電池，實現(xiàn)退役電池高效利用。
系統(tǒng)特點(diǎn)四：能實現(xiàn)同時充電，同時放電，或者不同組電池采用不同的充放電策略。
系統(tǒng)特點(diǎn)五：退役電池的梯次利用是該方法的重要應(yīng)用場景。
在本方法系統(tǒng)中，關(guān)鍵設(shè)備就是DC-DC變換器，科士達(dá)對應(yīng)的產(chǎn)品為KDC50H系列DC-DC變換器。該系列產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，單模塊功率為50KW，可通過不同的機(jī)柜裝配為50KW~600KW之間的多種功率等級，靈活適用于系統(tǒng)方法。
KDC50H模塊的拓?fù)湓韴D如下：
圖-3KDC50H模塊的拓?fù)湓韴D
該系列DC-DC變換器具有如下特點(diǎn)：兼容多種電池、支持共用電池組、具備MppT功能、模塊化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)3U尺寸、在線熱插拔技術(shù)、三電平技術(shù)、最高效力可達(dá)99%、高電池容量利用率。
KDC50H系列DC-DC變換器的優(yōu)勢明顯，可以通過直流母線的方法，很好的解決退役電池的梯次利用，這也將會成為梯次利用的主流方法。
