梯次利用车用电池储能系统初探

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1、梯次利用车用电池储能系统初探【摘要】作为国家电网公司智能电网综合建设工程之一，唐山将在曹妃甸工业区建成一座大型充换电站。为更好地梯次利用充换电站淘汰的车用动力电池，减少资源浪费，本文对建设梯次利用动力电池的储能系统进行了初步的研究和探讨，分析了国内外的技术现状，提出了储能系统设计方案，为动力电池的梯次利用和综合效益发挥提供了新的思路。【关键词】车用电池；梯次利用；初探1背景和意义曹妃甸智能电网综合建设工程坐落在唐山曹妃甸工业区，计划在2012年底2013年初（一期）建成1座含1个大巴车的换电工位

2、及2个大巴车的充电工位的大型充换电站，占地约2000m2，可以满足曹妃甸工业区内10辆电动大巴车辆的充电及运行需求。为了最大化发挥和利用车用动力电池的剩余价值，延长动力电池使用寿命，电动汽车淘汰的电池具备在储能系统继续使用条件。通过梯级利用方式，不但可以延长电池使用寿命，降低动力电池全寿命周期成本，还可以在电网故障时为重要负荷供电，平抑充电行为的随机性，控制负荷波动，提高电网电能质量。本次研究结合曹妃甸充换电站的建设，通过利用其动力电池建立梯次利用电池储能系统，主要用于负荷低谷储能、负荷高峰阶段

3、给电动汽车补充电能。2国内外现状自从锂离子电池在北京奥运纯电动客车取得成功运行后，该模式已经在上海世博会等处得到推广应用，但在电动汽车大规模商业推广中尤其是车用动力电池的利用方面仍存在一些问题：2.1锂离子电池的成本较高且车用寿命只有3-4年，这给电池采购和运营方带来了极大的负担。2.2锂离子电池直接淘汰造成资源的严重浪费。当电动汽车电池的容量下降到额定容量的80%后就不宜继续使用，如果直接将电池淘汰，将造成资源的严重浪费。2.3电动汽车锂离子电池的出路问题亟待解决。根据唐山曹妃甸未来电动汽车发

4、展预测，电动汽车达到30辆时对应的锂离子电池将达4500kwh，锂离子电池的“出路”问题日渐凸显。2.4充电站负载波动性给充电站配电带来了困难。由于充电站负荷存在明显的波动性，在充电站建立储能系统是平抑充电站负载变化的重要解决途径。3研究的理论和实践依据3.1为达到纯电动汽车使用寿命的批量动力电池提供筛选机制和评估方法；给出储能应用条件下梯次利用电池容量、可用功率衰退规律；提出动力电池储能系统的均衡方案；形成动力电池梯次利用经济性分析报告，为动力电池的定价机制提供参考。3.2梯次利用电池储能系统

5、的稳定供电技术研究：梯次利用电池储能系统内储能变流器在电压源离网模式和电流源并网模式之间进行平稳切换，在切换过程中应保证负载的安全供电以及梯次利用电池储能系统的稳定运行。3.3梯次利用电池储能系统中的电能质量问题研究：在非理想电网环境下，通过研究梯次利用电池储能系统中谐波相互作用的机理，以及电网谐波与变流器的相互作用，通过合理的控制方法，尽量消除电网背景谐波对变流器输出电流畸变的影响，通过储能变流器集成谐波补偿和无功补偿功能，提高微网内部的电能质量。4研究内容和设计方案4.1探索动力电池的梯次利

6、用需要建成1套含25kw储能变流器，100kwh储能电池及相应的智能配电系统、电池管理系统、能量调度系统等在内的梯次利用电池储能系统，以便探索车用淘汰锂离子动力电池在储能系统中的应用模式，以及储能系统在电动汽车充电站中的运行方式及规律。4.2具体的设计方案4.2.1梯次利用电池储能系统基于微网能量控制系统管理，梯次利用电池储能系统可保证对用户供电的可靠性和电能质量。微网技术可以提高供电的可靠性，成为解决冲击性负荷功率波动的重要手段。梯次利用电池储能系统可以在电网故障或异常等情况下与外部配电网断开

7、，依靠储能维持梯次利用电池储能系统内部负荷的正常电力供应，实现并网模式和离网模式之间灵活转换。典型的梯次利用电池储能系统结构如图所示。图梯次利用电池储能系统结构4.2.2电池梯次利用筛选成组方案建设100kwh车用淘汰锂离子动力电池储能系统，用以平抑充换电站负荷波动，在负荷高峰阶段放电给电动汽车充电，在负荷低谷充电将能量存储起来，起到移峰填谷的作用。在对车用淘汰电池进行梯级使用时，需要对梯级利用电池重新筛选成组。本研究拟采用淘汰下来纯电动客车锂离子动力电池，首先将车用动力电池组拆箱为单体，搭建车

8、用淘汰锂离子动力电池测试平台，通过表面观察、确定老化程度、测量电池电压与内阻，淘汰损坏、老化、失效的电池，并进行回收利用；其次将电池单体放置在测试平台上，按照给定的测试方法，分别测试电池的容量和峰值功率，依据结果对电池进行分类，结合储能系统应用要求和电池箱电压容量等级，组成新的电池组。选定一定量的电池，按照选定的储能工况进行寿命测试，分析电池容量衰退规律，内阻变化特性，分析储能用电池的使用寿命终止方式。对电池进行电化学拆解，分析不同阶段的电池（如容量衰减30%、40%、50%、60%等）的关键材