廢舊
動力電池梯級利用,在當前的語境下,主要是指汽車
動力電池或者其組件從原來的新能源汽車上卸下后,重新裝備到別的新能源汽車及其他儲能設備上的過程。可分為三種用途:①動力電池整體利用②利用電池組③利用單體
鋰電池(電芯)。
界定上面三種用途,涉及到剩余容量、能量密度、充放電倍率三個參數。容量就是電芯/電池組/動力電池儲存的所有電量;能量密度是指單位體積或者重量可以存儲的能量,也就是單位容量,這個指標當然越高越好,因為,在體積或者重量一定的情況下,可存電量更多。換言之,在容量一定的情況下,儲能設備可以做的更小更輕;充放電倍率是能量儲存和釋放的速度,對于動力電池及其核心組件(電池組或者電芯)來說,就是鋰離子運行(嵌入表現為放電,脫嵌表現為充電)的速度快慢,高倍率能夠在短時間里實現存儲和釋放,對于大型設備意義非凡,是新能源汽車應用中的難題之一。而對于一些小型設備,不能大倍率充放電,一是安全,二是耗電過速。
基本上來說,動力電池整體利用取決于剩余容量,即余能高于80%可以直接用于裝備新的動力車,這是因為,
動力電池組件此時的性能一致性可以保證,而且,這個高比例是能夠保證新車正常的運營狀態的。
利用動力電池中的電池組或者電芯的條件被新出臺的標準規定為:剩余容量低于80%而高于60%。此時,如果電池組的性能符合某些儲能設備(但不是新能源汽車)則可以直接利用,不能直接利用時就只能拆解出電芯進行梯次利用,即,把一個或者多個電池組中的電芯分別檢測后,重新組裝為新的電池組。這時要注意:相同容量的電芯可以串聯和并聯(相同指的是在一個波動范圍內,要根據梯次利用中所涉設備的具體情況設定),不同容量的電芯可以并聯,但這種不同容量的并聯需要滿足一個條件:相同的能量密度。
與容量要求是“剩余”的不同,能量密度要求是“初始”的,即荷電量100%時的能量密度,從前面關于能量密度的定義可知,相同能量密度才能實現體積和重量的一致,這實際上等于是要求同型號的電芯才能匹配入同一個電池組中。因為不同的
鋰電池生產廠家所采用的原材料和生產工藝不盡相同,所以國家提倡“誰銷售誰回收”,目的就是更利于廢舊電池的梯次利用。
原材料和工藝的不同還可以導致不同廠家同一型號電芯放電曲線的差異,而放電曲線的差異意味著:組合在同一個電池組中的不同電芯放電時各行其是,速度不一,長期失衡下會使電池壽命縮短,同一家鋰電池工廠的同款電芯則可以做到放電一致性,從而保證電池長期有效地使用。
如上所述,在進行剩余容量檢測時,鋰離子嵌入/脫嵌的運行速度對于不同的用電器具是不一樣的,這個速度可以用充放電倍率進行調整。不同倍率下的放電曲線是不同的,對電池組進行檢測時,放電終止時間取決于容量最小的電芯,大倍率條件下不再放電的電池組,在小倍率條件下還可能繼續放電。因而,準備裝備的儲能設備不同,進行檢測時的倍率也要有針對性的選擇。這是說電池組可以作為一個整體利用時的情況。但在絕大多數情況下,廢舊汽車動力電池的電池組是不能直接用在新的儲能設備上的,這個道理很簡單,它們很難具備相同的裝備和放電環境。這時,需要拆解不同電池組的電芯重新組裝一個新的
鋰電池組,保證所采用的電芯在相同的適當倍率條件下放電曲線的一致。
剩余容量、初始能量密度、設定的充放電倍率是決定廢舊動力電池能否梯次利用的技術參數,它們需要專業設備進行檢測才能確定。而電芯尺寸的統一與材質(鈷酸鋰/三元/磷酸鐵鋰)的一致性是不言而喻的了,因為它們是電芯出廠時已經確定了的,在重新裝備時不會發生變化。
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