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浅谈梯形锂电池在宁夏太阳能路灯中的应用!

所属分类:行业新闻    发布时间: 2021-03-02    作者:宁夏太阳能路灯厂家
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宁夏太阳能路灯作为可再生能源的典型应用,其电能来源于取之不尽、用之不竭的太阳能,由低压DC供电,具有节能、安全等优点。与太阳能路灯配套的储能系统的电压等级在DC12~24V,容量为10~100Ah,需考虑为3~5天的阴雨天备电;放电时率低于20h率;日放电深度不足30%DOD。这类储能系统属于典型的低压、低容量、低倍率、浅放电型,主要采用铅酸胶体蓄电池、磷酸铁锂电池(下文简称“锂电池”)等。铅酸胶体电池因其比能量低而适合地下安装,不仅增加了电缆成本和线损,而且安装施工复杂,运输成本高,还存在电池被盗和进水的风险。但是由于锂电池价格的原因,营销过程比较缓慢。

电动汽车产业作为我国重点发展的七大战略性新兴产业之一,具有重要的战略意义。而与电动汽车配套的动力电池的性能会随着使用次数的增加而衰减,当其性能下降到初始性能的80%时,续行里程已不能满足消费者的出行需求,将达不到电动汽车的使用标准。此时若直接报废,既会造成资源浪费,又会给社会带来环境和安全隐患。但按照“先梯次利用后再生利用”的原则,将电动汽车的退役电池进行拆解、分容后,重组成梯次锂电池,可应用于对锂电池性能要求低的场合,如储能系统、备电系统等领域,开展蓄电池的再利用,可实现资源综合利用和效益.大化。因此,本文依据上述原则,通过实验对退役的电动汽车锂电池应用于太阳能路灯储能系统的可行性与经济性进行了研究。

一实验

1.实验材料

电芯的选取

本实验采用电动汽车退役的32650磷酸铁锂圆柱电芯(下文简称“32650电芯”)。

1)电池应无渗漏和锈蚀,外表面的聚氯乙烯膜应完整无损。

2)在50%SOC荷电态下,电芯的交流内阻为7~10mΩ,开路电压≥3.20V。

3)电芯的10h率容量≥5.0Ah。

二.结果与讨论

1.同组配组率

早期,锂电池是电动汽车的主要动力电池。由于缺乏相关的行业标准,不同厂家的产品规格、尺寸、编码信息不同,给退役电池的拆卸和分类带来了困难。但对于同厂家同批次的退役锂电池,由于使用环境、车载负载、充放电比、放电深度等工作条件的差异,即使单节电池剩余能量检测的剩余容量相同,级联利用的衰减特性也不相同。

保证组成梯次锂电池中的单体电芯的再利用周期的一致性是实现梯次利用的关键因素,这将直接影响梯次锂电池的使用寿命和后期的运行维护成本。以1组退役的锂电池容量为50kWh测算,其可以拆解成32650电芯2700只左右。不同能量时梯次锂电池的配组率如表1所示。

宁夏太阳能路灯厂家

从表1可以看出,梯次锂电池的能量越高,配组率越低,48V、100Ah梯次锂电池的配组率仅为11.1%;而作为太阳能路灯常用配置的12.8V、30Ah梯次锂电池的配组率高达80.0%,由于太阳能路灯用储能系统的电池属于低电压小容量型,因此很适合采用该规格的梯次锂电池。

2.容量测试

图1为1#~4#电池在不同放电倍率时的放电容量、容量保持率及温升的柱状图。由图可知,在0.2C放电倍率时,1#~4#电池的放电容量、容量保持率及温升基本一致;随着放电倍率增大,相较于3#、4#电池,1#、2#电池的放电容量与容量保持率逐渐降低,温升逐渐升高。这主要是因为随着梯次锂电池的正极活性锂离子和负极表面碳的损失及电解液粘度增加,其极化内阻增大,且极化内阻和电池的放电倍率呈非线性正相关。

浅谈梯形锂电池在宁夏太阳能路灯中的应用

测试数据表明,梯次锂电池的放电倍率在0.3C以内是较为合适的;若太阳能路灯按照每天6h的亮灯时间、3~5天的阴雨天设计,梯次锂电池的放电倍率为0.033C~0.056C,远低于0.3C的放电倍率。太阳能路灯的储能系统很适合采用梯次锂电池,因为它的放电倍率小,放电时间较长,对指标的要求不是那么高。

3寿命测试

梯次锂电池的循环寿命取决于其单体电芯间的均衡性,采取同组配组工艺可以保持单体电芯的使用寿命的一致性,这样采用梯次利用的锂电池的生命周期劣化规律才能尽可能保持一致。

浅谈梯形锂电池在宁夏太阳能路灯中的应用

图2为1#、2#锂电池在0.2C放电倍率、....放电深度(....DOD)时的循环次数曲线。在连续3次容量效率低于70%的情况下,锂电池的寿命终止,图2中1#和2#电池分别完成了460和490个循环。太阳能路灯通常按照3~5天的阴雨天设计储能电池容量,储能电池的日放电深度低于30%DOD,因此梯次锂电池可以满足太阳能路灯4~7年的使用寿命。

4性价比

阶梯锂电池能量密度高,可以直接安装在太阳能路灯的光伏组件背面。与铅酸胶体电池太阳能路灯相比,阶梯锂电池缩短了供电距离,降低了导线成本和线路功率损耗;避免繁琐的装配工作,节省昂贵的安装、施工和运输成本;避免电池被盗和受潮的风险。太阳能路灯用阶梯锂电池市场价格约为0.69元/Wh。考虑到1.1倍的设计余量和10%的报废残值,阶梯锂电池的价格约为0.68元/Wh,仅为市场上常规锂电池价格的一半左右。根据同样的电池容量和利润,考虑到1.5倍的设计馀量和25%的废弃值,太阳灯用铅胶体蓄电池的综合价格约为0.70元/Wh。综上,在太阳能路灯用储能系统中,与常规锂电池、铅酸胶体蓄电池相比,梯次锂电池的综合性价比.高。

三.结论

退役的电动汽车动力蓄电池的回收再利用,事关我国新能源汽车产业的健康持续发展,从国家到地方层面,在政策、制度和标准上进行了顶层设计,已开始布局闭环产业链。太阳能路灯用储能系统,由于单个能量小、充放电倍率低、放电深度浅,非常适合应用梯次电池;通过容量测试、寿命测试及性价比等分析,充分验证了梯次锂电池应用于太阳能路灯储能系统的技术及经济可行性。