鉅大LARGE | 點擊量：953次 | 2022年01月21日
科士達充電鋰電池梯次利用解決方法，讓廢舊電池發揮余熱
近年來，隨著環境問題的日益嚴峻，人類的居住環境問題日漸突出，世界各地如何更好的進行環境保護已成為當今各國共同的研究方向。新能源成為環保項目的主力軍，新能源汽車也應運而生。作為核心部件的電池，人們的研究方向往往側重于如何更高的提高性能。
而鋰離子電池因具有質量輕、體積小、能量密度高、循環壽命長、存儲壽命長、一致性高、充放電電壓平臺較高、能承受的環境溫度以及無污染等優點而被廣泛應用于電動汽車上。
就單從目前我國的新能源汽車行業來說，從上面淘汰的動力鋰電池經過檢測，盡管其不適用于車載續航，但其儲能能力仍有著巨大的實用價值。
假如直接的進行拆解，那么是對電池剩余使用價值的很大浪費，這些淘汰的動力鋰電池除了內部的化學活性下降一些外，電池內部的化學成分依然完好，這些電池的剩余能量仍然能夠滿足家庭的日常儲能、分布式發電領域以及換電站、后備應急等儲能設備的使用，隨著退役鋰離子電池二次利用技術的進步和經濟性的提高，鋰離子電池的二次利用將會快速發展，從而使鋰離子電池的全部價值充分的發揮利用。
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：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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致電池的不一致性問題，這是客觀出現的。
（2）電池出廠后所處環境的不同，例如不同的環境溫度、自放電程度、空氣潮濕度、通風條件等等，都會導致不一致性的問題。（3）使用中進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，老化速度將加快，形成惡性循環，致使電池組不一致性呈擴大趨勢。（4）不同的外部使用環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（SOC）、電池內阻、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、外結構拆解、電芯檢測、篩選分類，然后再進行梯次再利用。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，經過pCS來進行蓄電池的充放電控制，如圖-1：
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，就會造成數據巨大的鋰離子電池并聯在一起接入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，因為出廠時經過了各方面的檢測，同一廠商的產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，但是因為生產環節造成的不一致性的存在，廠商關于可并聯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致的各種問題。
但是退役電池的不一致性就要更加嚴重，也不僅僅是不同廠商和批次的因素，還有包括荷電狀態（SOC）、電池內阻、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，個別的鋰離子電池無法完全的充電或者放電，這樣無法充分的發揮退役電池的剩余價值。假如這時候還是采用傳統的電池管理系統，就會在充電或者放電時過早的因這塊"短板"而被迫推出運行。
同時還有電池內阻、電池容量、開路電壓及工作電壓等因素，也會引起過充過放、電池環流、發熱起火等不利的影響，有的可能會導致安全的問題。并且因為不同廠商而不一致的BMS系統方法，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，科士達推出了針對性的產品以及解決方法，即為通過DC-DC變換器來實現的直流母線方法：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（本案例為并網方法，其他案例方法亦可以實現，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，可以很好的規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，使整個系統最優的穩定運行。
本系統應用于退役電池的梯次利用有很大的優勢，具有以下系統特點：
系統特點一：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之間出現的環流問題。
系統特點二：解決鉛酸鉛炭電池無法大規模并聯的問題，可接入不同品牌的電池組，實現經濟利用價值提升。
系統特點三：在系統中替換任意電池品種及不同剩余容量（SOC）的電池，實現退役電池高效利用。
系統特點四：能實現同時充電，同時放電，或者不同組電池采用不同的充放電策略。
系統特點五：退役電池的梯次利用是該方法的重要應用場景。
在本方法系統中，關鍵設備就是DC-DC變換器，科士達對應的產品為KDC50H系列DC-DC變換器。該系列產品采用模塊化設計，單模塊功率為50KW，可通過不同的機柜裝配為50KW~600KW之間的多種功率等級，靈活適用于系統方法。
KDC50H模塊的拓撲原理圖如下：
圖-3KDC50H模塊的拓撲原理圖
該系列DC-DC變換器具有如下特點：兼容多種電池、支持共用電池組、具備MppT功能、模塊化設計、標準3U尺寸、在線熱插拔技術、三電平技術、最高效力可達99%、高電池容量利用率。
KDC50H系列DC-DC變換器的優勢明顯，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。
