前言

在能源、交通全面低碳化的過程中，面對高比例可再生能源、波動(dòng)性電力負(fù)荷帶來的挑戰(zhàn)，退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)的發(fā)展貼合綠色能源可持續(xù)發(fā)展需求，有助于促進(jìn)我國碳達(dá)峰、碳中和工作的加速進(jìn)行。隨著電動(dòng)汽車持續(xù)快速發(fā)展，電池梯次利用與電力系統(tǒng)形成了深度互動(dòng)。據(jù)權(quán)威部門預(yù)測，2020—2025年動(dòng)力電池退役量將從36萬噸激增至百萬噸級。退役量增長態(tài)勢迅猛，深入研究退役電池篩選、重組、應(yīng)用等方面的技術(shù)有助于將電池應(yīng)用于其他低應(yīng)力場景，是促進(jìn)碳中和最快捷、最具可行性的技術(shù)路徑，是我國建立以新能源和可再生能源為主體的“近零排放”的新能源體系的關(guān)鍵抓手。

退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)深度參與電網(wǎng)互動(dòng)，備受國內(nèi)外業(yè)界人士高度關(guān)注。圍繞退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)，“十四五”時(shí)期相關(guān)部門在戰(zhàn)略規(guī)劃、機(jī)制保障、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)模式等維度相繼出臺(tái)政策扶持。2023年，五部門聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》，鼓勵(lì)梯次利用企業(yè)與新能源車企、電池廠商積極合作，提升梯次產(chǎn)品的使用性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。隨著國家政策的利好，標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)也逐步完善，江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能電站驗(yàn)收及運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》《動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》相繼頒布。標(biāo)準(zhǔn)政策體系的基本構(gòu)建為推動(dòng)梯次利用實(shí)現(xiàn)工程化提供了有力保障。

目前梯次儲(chǔ)能正在向規(guī)模化發(fā)展，南方電網(wǎng)承擔(dān)梯次利用國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，已建成百兆瓦時(shí)梯次利用示范工程，電池類型包含退役磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、三元鋰等，以退役磷酸鐵鋰為主，主要通過包級和模塊級形式利用；南京江北在建的電網(wǎng)側(cè)130MW/260MW·h梯次儲(chǔ)能項(xiàng)目，雄安新區(qū)正在規(guī)劃2GW·h的梯次電池調(diào)峰調(diào)頻儲(chǔ)能項(xiàng)目等。當(dāng)前梯次利用技術(shù)正逐步從試驗(yàn)示范向商業(yè)化推廣，為更大程度發(fā)揮退役動(dòng)力電池利用價(jià)值，需重點(diǎn)突破退役動(dòng)力電池梯次利用適配性、經(jīng)濟(jì)性及商業(yè)模式、安全運(yùn)行控制等關(guān)鍵技術(shù)研究。

本書基于國內(nèi)外梯次利用關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，介紹了退役動(dòng)力電池健康狀態(tài)評估技術(shù)。依據(jù)衰退老化機(jī)理，對退役動(dòng)力電池聚類分選技術(shù)綜述，提出電池老化建模及篩選重組技術(shù)。然后，針對退役動(dòng)力電池梯次模型仿真，對梯次利用過程中的運(yùn)行控制以及安全防護(hù)技術(shù)展開討論。最后，圍繞國內(nèi)典型示范案例，闡述退役動(dòng)力電池實(shí)際應(yīng)用能力與發(fā)展規(guī)模。

本書共分為9章。

第1章介紹了退役動(dòng)力電池梯次利用的總體發(fā)展現(xiàn)狀，討論了梯次利用的市場發(fā)展及其優(yōu)勢和前景。對退役動(dòng)力電池梯次利用商業(yè)模式及市場發(fā)展中的問題難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

第2章主要討論了我國退役動(dòng)力電池梯次利用的政策體系，針對國內(nèi)外退役動(dòng)力電池相關(guān)政策進(jìn)行了分析，并介紹了企事業(yè)單位在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)、電力市場等領(lǐng)域中退役動(dòng)力電池試點(diǎn)項(xiàng)目布局規(guī)劃，同時(shí)結(jié)合地方相關(guān)政策內(nèi)容分析了退役動(dòng)力電池利用在我國各地的商業(yè)化發(fā)展情況。

第3章主要針對標(biāo)準(zhǔn)頒布現(xiàn)狀、國內(nèi)現(xiàn)有動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)體系等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對已頒布的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行解讀，指出退役動(dòng)力電池梯次利用標(biāo)準(zhǔn)存在的問題，提出梯次利用標(biāo)準(zhǔn)目前可完善的方向。

第4章對電池的電量和健康狀態(tài)進(jìn)行了綜述。通過歷史數(shù)據(jù)和特征參量相融合的方式，研究建立退役動(dòng)力電池和模塊之間的性能映射關(guān)系，最大化發(fā)揮電池全壽命周期價(jià)值。并以退役動(dòng)力電池的可充放電量作為充放電狀態(tài)估計(jì)的指標(biāo)，綜合方法間的優(yōu)劣勢，提出了基于粒子群算法的支持向量回歸機(jī)的退役動(dòng)力電池電量狀態(tài)方法，以及基于隨機(jī)權(quán)重粒子群算法優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)的電池健康狀態(tài)估計(jì)方法。

第5章詳細(xì)闡述了退役動(dòng)力電池衰退老化機(jī)理，并基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對電池電性參數(shù)提取，實(shí)現(xiàn)對退役動(dòng)力電池的老化特性表征。提出數(shù)模結(jié)合下的含老化電阻的退役動(dòng)力電池模型建立方法，建立老化阻抗表達(dá)式，對電池老化過程等效模擬。最后通過仿真驗(yàn)證老化模型的有效性，為后續(xù)進(jìn)行退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行控制研究提供模型基礎(chǔ)。

第6章對退役動(dòng)力電池聚類分選技術(shù)進(jìn)行概述，提出了定制化聚類優(yōu)化方法可用于不同需求的電池梯次利用篩選過程，并對退役動(dòng)力電池分選重組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，概述了退役動(dòng)力電池分選研究進(jìn)展。

第7章詳細(xì)闡述了退役動(dòng)力電池在梯次利用前進(jìn)行的運(yùn)行控制技術(shù)，重點(diǎn)圍繞退役動(dòng)力電池的能量管理系統(tǒng)和運(yùn)行控制策略展開描述。

第8章對退役動(dòng)力電池安全防護(hù)進(jìn)行討論，分析了退役動(dòng)力電池梯次利用風(fēng)險(xiǎn)評估現(xiàn)狀，并對退役動(dòng)力電池故障隔離技術(shù)、退役動(dòng)力電池梯次利用電管理技術(shù)與退役動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

第9章在上述研究分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀，對退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能電站案例進(jìn)行分析，解讀其商業(yè)模式；并從應(yīng)用出發(fā)，對國內(nèi)外退役動(dòng)力電池示范項(xiàng)目工程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

本書得到了北京市教委聯(lián)合項(xiàng)目——退役動(dòng)力電池篩選重組關(guān)鍵技術(shù)研究（21JC0026）、國家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目——車網(wǎng)互動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、支持工具及應(yīng)用研究（5400-202318585A-3-2-ZN）等項(xiàng)目資助，在此深表謝意。同時(shí)，感謝相關(guān)同志的積極參與和配合。在本書撰寫過程，北方工業(yè)大學(xué)的胡笳揚(yáng)、鄒菲、彭禹宸、石澤林等同志付出了辛勤勞動(dòng)，參與了部分文字校對、繪圖、章節(jié)內(nèi)容審核等工作，在此一并表示感謝。

本書行將面世，著書之初衷是否果如所求，有待通過實(shí)踐驗(yàn)證。限于作者水平，書中疏漏與謬誤之處在所難免，尚祈讀者不吝賜教。

作者

2024年1月