1.1.2 退役動力電池用途及評價指標

1.退役動力電池應用場景

由圖1-3可看出，對于退役梯次電池應用的場景來看，通信基站備電、電網儲能和低速車這三個應用得最為廣泛。這些應用場景只是退役動力電池潛在的一部分用途，隨著技術的發展和創新，更多的應用場景將被開發出來。有效利用退役動力電池有助于延長其使用壽命，減少資源浪費，并為可持續發展做出貢獻。

通信基站是我國退役動力電池梯次利用主要應用場景之一。中國鐵塔已在約12萬個基站中使用梯次電池約1.5GW·h，替代了約4.5萬噸鉛酸電池。中國鐵塔目前約有200萬個基站，按單站電池容量需求約30kW·h測算，該公司未來可消納約200萬輛新能源汽車的退役電池。杭州某供電公司在通信站中增加了100kW·h的退役動力電池，這些退役動力電池與原有的電池共同出力，保證了信號的穩定傳輸［16］。

電網儲能領域中，國內首個退役電池梯次利用電網側儲能電站在南京開建，利用退役電池的余電繼續為變電站和數據中心等設施供電，大幅提升了儲能電池的經濟性和可利用性，隨后國內其他地方紛紛效仿：浙江省某微網儲能項目為創造新的經濟價值和起到削峰填谷的作用投運了電網儲能電站，深圳市某兩家公司合作合建了2.15MW/7.27MW·h退役電池儲能項目，用于工業園區，以實現削峰填谷的功能和為電網提供輔助服務。

在低速車領域中，某公司將退役動力電池安裝在低速電動車上使用，也有其他公司在低速快遞物流車上使用退役動力電池。根據統計，退役電池應用成本約為650元/（kW·h），其收益要比鉛酸電池用于低速車上的收益大很多。根據已有數據預測，在2023年年底，預計低速車用退役電池成本低于300元/（kW·h），收益在450元/（kW·h）以上。其中，電網儲能、通信基站和低速車等領域是大規模消納退役電池的有效手段。梯次利用給電網儲能等領域的低成本化帶來重大機遇，有望最大化發揮電池全壽命周期價值，因此有必要出臺梯次利用政策，來把握住此機遇。

在換電站應用領域，由于梯次利用電池一致性差，大規模串并聯運行仍會降低EUBESS整體效率，縮短電池使用壽命，而退役動力電池應用在低應力儲能場景中更能使其性能得到更充分的發揮。由于中小型電動汽車換電站或換電柜儲能運行需求與梯次利用電池額定容量等級更為接近，因此被視為EUBESS規劃的重要場景［17，18］。與此同時，配送行業興起，使得換電柜充電需求大。參與有序充電不僅能滿足用戶需求，也可獲得更大收益。

目前，退役電池梯次利用應用領域豐富，不同類型的退役電池依據其特性可應用于不同功率等級的儲能領域，目前梯次電池的應用場景以用戶側居多，集中在為移動式充電設施提供靈活的充電服務，例如，電動車續航補電換電、備用電源、臨時應急救援等低功率應用場景。在發電側的應用以梯次電站示范應用為主，功率等級在10MW左右。具體應用場景分類如圖1-4所示。

2.退役電池場景評價體系

退役電池梯次利用應用場景適用性評價是多指標、多維度、過程復雜的多屬性決策問題。評價退役電池梯次利用的場景適用性需要考慮電池的初始狀態、運行環境、配置儲能的目標和需求，并對退役電池在應用場景下的技術性能、安全性進行評估。在退役動力電池梯次利用之前，定量評價其關鍵特征參數，是對其不同應用場景適應性進行評價的前提條件。各場景下對應用環境的定性評價，是準確評價退役電池梯次利用場景適應性的重要依據。因此應統籌定性與定量評價指標，在技術層面與安全層面進行綜合評價。目前，常用的評價方法有綜合指數法、函數模型法、BP人工神經網絡模型法、決策樹分析法、面向對象分析法、空間多準則評估法等，具體如表1-1所示。

分析退役電池場景適用性評價指標需從技術性和安全性兩個方面考慮，技術性指標主要是表征退役電池一致性的參數，目前以容量和內阻兩個關鍵指標居多，同時這兩個指標也是影響退役電池衰退特性的充放電倍率和環境溫度的關鍵參考因素［19］。

目前，常用的評價體系首先是對所述退役動力電池按照預設放電倍率進行放電操作，再根據所述開路電壓回升速率，結合預設場景分類策略對退役動力電池的應用場景進行分類評價。通過綜合考慮不同類型電池的衰退速率差別，統籌考慮各類型電池的衰退速率、表征參數比重、應用場景技術需求及各影響因素的關聯性，分別以通信基站備用、用戶側峰谷套利、平抑波動、電網側延緩電網擴建、黑啟動以及調頻依次為工況1至6，考慮不同應用場景下各類型梯次利用電池技術性評價系數設置如圖1-5所示。

圖1-5綜合考慮不同電池的衰退特性、表征參數比重、應用場景技術需求，設置不同應用場景下的各類梯次電池的技術性評價系數。一般影響電池衰退特性的因素包括充放電倍率、充放電深度以及環境溫度，并且不同工況條件下各類電池的參數特征都不相同，具體參數特征如表1-2所示。

安全性指標可以表征退役電池安全風險，這些指標受到梯次系統運行環境等級以及應用場景條件的影響。因此，考慮退役電池運行于低應力儲能工況下，退役電池的安全性評價指標選取以電池安全等級、熱失控數（Thermal Runaway Number，TRN）、退役電池類型三個方面考慮［20-21］。

其中，電池安全等級依據評價指標數值的比例關系評價。考量評價系數設置時，運行環境等級大小與評價系數呈現正相關。根據梯次利用電池的差異化適用倍率，可設置各場景評價系數。設置不同場景評價系數，電池安全等級和TRN都會受到外界影響，需要評價系數；而電池類型不會受到影響，不需要評價系數。分別以通信基站備用、用戶側峰谷套利、平抑波動、電網側延緩電網擴建、黑啟動以及調頻依次為工況1至6，這些工況下不同退役電池安全性評價系數設置如圖1-6所示。

如圖1-6所示，考慮針對退役電池的評價體系設置時，其場景應用工況包括通信基站備用電源、用戶側峰谷套利、低速動力車等應用場景。由于在不同運行環境等級和應用場景條件下，同一種電池的安全性能相同，所以在圖1-6中，下方磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰三種類型電池在不同運行環境等級和應用場景條件下評價指標相同，設置成基準值為10。

在配置溫控設置的前提下，鈦酸鋰電池的安全性能最高，磷酸鐵鋰電池次之，三元鋰電池最差。如果設置基準值為10，則磷酸鐵鋰電池的安全系數為10，磷酸鐵鋰次之為8，三元鋰電池由于電池安全性能極差，所以安全系數最低為2[22，23]。因此，不同運行環境等級下的電池安全等級系數大小為安全系數與運行環境等級的乘積。由于同一電池在不同工況下的安全性能大致相同，所以不同工況下的電池安全等級=安全系數×n，（n為正整數）。其中，TRN表示電池的熱失控系數，其計算公式如式（1-1）所示。

式（1-1）結合了電池內部熱傳遞K_r、電池表面散熱μ₁、電池產熱速率參數β以及電池半徑R等參數，而電池的產熱速率參數β和電池散熱以及熱導率系數是控制鋰離子電池熱失控的關鍵參數，通過增大β值，TRN值也相應增大。由于熱失控系數電池的安全等級具有相關聯性，所以兩個指標的評價系數相同。

通過上述方法，根據開路電壓回升速率可以對退役動力電池的應用場景進行分類，目前常將主觀賦權法用于場景分類，如區間層次分析法，層次分析法是使用最廣的一種主觀賦權法，可以通過兩兩比較的形式對決策指標的重要程度做出較準確的判斷。