電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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，世界各地要怎么樣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要怎么樣更高的提高性能。
而鋰電池因具有質量輕、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勢而被廣泛使用于電動車上。
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離子電池經過測試，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。
倘若筆直的進行拆解，那么是對電池剩余使用價值的很大浪費，這些淘汰的動力鋰離子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仍舊完好，這些電池的剩余能量依然能夠滿足家庭的日常儲能、分布式發電范疇以及換電站、后備應急等儲能設備的使用，隨著退役鋰電池二次利用技術的進步和經濟性的提高，鋰電池的二次利用將會快速發展，從而使鋰電池的全部價值充足的發揮利用。
從電動車中退役下來的鋰電池，存在很大的不一致性的問題。造成這種不一致的原由緊要包括如下幾點：
（1）電池出廠性能的不一致，原材料的不平均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，電池包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，致使電池包不一致性呈張大趨勢。（4）不同的外部使用環境會加深其不一致性差異，電池包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戒備的差異，在某種程度上加大了電池包的不一致性。
電池的不一致性是制約其再利用的最大的因素，緊要包括荷電狀態（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解決、外結構拆解、電芯測試、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，都是采用鋰電池筆直接入儲能變流器（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功率與蓄電池容量都比較大，就會造成數據巨大的鋰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。這樣對鋰電池的一致性要求就非常的高。
倘若使用全新的鋰電池，因為出廠時經過了各方面的測試，同一廠家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，但是因為加工環節造成的不一致性的存在，廠家關于可并聯的鋰電池容量也是會有推薦上限值，就是為了戒備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，也不僅僅是不同廠家和批次的因素，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。倘若退役鋰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，個別的鋰電池無法完全的充電或者放電，這樣無法充足的發揮退役電池的剩余價值。倘若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。并且因為不同廠家而不一致的BMS系統辦法，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處理辦法，即為通過DC-DC變換器來實現的直流母線辦法：鋰電池通過多個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（本案例為并網辦法，其他案例辦法亦可以實現，本文不做解析）。
辦法原理圖如圖-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電池，所以DC-DC變換器可以依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與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。
本系統使用于退役電池的梯次利用有很大的優點，具有以下系統特點：
系統特點一：在DC/DC變換器筆直接入不同品牌、類別、SOC的電池，消除不同電池包并聯之間出現的環流問題。
系統特點二：處理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包，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辦法的緊要使用場景。
在本辦法系統中，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，靈活適用于系統辦法。
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、支持共用電池包、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變換器的優點分明，可以通過直流母線的辦法，很好的處理退役電池的梯次利用，這也將會成為梯次利用的主流辦法。
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