Analysis of economics and economic boundaries of large-scale application of power batteries in cascade utilization

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0487

Abstract

Abstract:

The tide of electric vehicle power battery decommissioning is approaching, and the disposal of numerous retired power batteries has currently become a major problem. An effective way to solve this problem is by applying them to energy storage systems on a large scale. Research on the economics of cascaded energy storage will promote scale. The application has significant practical importance. First, the cost types of the cascade energy storage system are analyzed, and its cost sensitivity parameters are analyzed using the levelized cost model. Second, it analyzes the current state of echelon usage of decommissioned batteries and discusses the development trend of key echelon usage technologies. Finally, it analyzes the boundary values of profitability and superiority over new batteries in the large-scale application of echelon energy storage to guide echelon usage.

Key words: echelon utilization, economy, leveling costs, sensitivity, economic

CLC Number:

TM 912

Xiong LI, Peiqiang LI. Analysis of economics and economic boundaries of large-scale application of power batteries in cascade utilization[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(2): 717-725.

Figures/Tables 12

Table 1

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Table 2

Table 3

Echelon utilization related standards"

标准号	标准名称	标准内容
GB/T 33598—2017	车用动力电池回收利用拆解规范	规定了车用废旧动力蓄电池包(组)、模块拆解工作的总体要求，作业程序及存储和管理要求。适用于车用废旧锂离子动力蓄电池、金属氢化物镍动力蓄电池的蓄电池包(组)、模块的拆解。
GB/T 34015—2017	车用动力电池回收利用余能检测	规定了车用废旧动力蓄电池余能检测的检测要求、检测流程及检测方法。适用于车用废旧锂离子动力蓄电池和金属氢化物镍动力蓄电池单体、模块的余能检测。
GB/T 38698.1—2020	车用动力电池回收利用管理规范第1部分：包装运输	规定了车用退役动力电池回收利用包装运输的分类要求、一般要求、包装要求、运输要求以及标志要求。适用于电动汽车退役锂离子动力蓄电池包、模组、单体的包装和道路运输。
GB/T 33598.2—2020	车用动力电池回收利用梯次利用第2部分：拆卸要求	规定了电动汽车用动力电池拆卸的总体要求、作业要求、暂存和管理要求。适用于回收利用环节动力锂离子蓄电池包和动力镍氢动力蓄电池包的拆卸过程。
GB/T 34015.3—2021	车用动力电池回收利用梯次利用第3部分：梯次利用要求	规定了车用动力电池梯次利用的总体要求、外观及性能要求和梯次用电池产品一般要求。适用于退役车用锂离子动力蓄电池单体、模块和电池包或系统的梯次利用。
T/DZJN 40—2021	梯次利用电池家庭储能系统技术规范	规定了梯次利用电池家庭储能系统应用的基本要求、设备技术要求、安全要求和工作环境要求。适用于家庭储能系统用梯次利用锂离子电池。
T/DZJN 39—2021	梯次利用电池储能系统技术规范	规定了梯次利用电池储能系统的设计技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、储存、运行维护和故障诊断等内容。适用于备用电源、储能电源等梯次利用电池储能系统。
T/DZJN 37—2021	退役动力电池模组分选方法	规定了退役动力电池模组分选的术语和定义，以及分选的分选要求、分选指标和分选方法。适用于退役动力锂离子电池、金属氢氧化物镍动力蓄电池模组的评估、分选的过程。
T/DZJN 38—2021	退役动力电池模组余能检测及残值评估技术指南	规定了车用退役动力电池余能检测及残值评估技术的术语和定义、符号，检测流程及检测方法。适用于车用退役动力电池、金属氢氧化物镍动力电池单体、模组的余能检测与残值评估的过程。
T/DZJN 34—2021	退役动力电池拆解放电技术与安全规范	规定了退役动力电池拆解前放电、安全规范的术语和定义，以及放电过程的总体要求、安全防护及放电设备的要求。适用于车用退役动力电池包/电池模组/电池单体的放电过程。
T/DZJN 35—2021	退役动力电池拆解智能拆解技术与装备	规定了退役动力电池拆解其智能拆解技术与装备的总体要求，并规定了其贮存、拆解、测试、性能、安全与环保、包装运输等要求。适用于废旧动力蓄电池的拆解。
T/DZJN 36—2021	退役动力电池拆解无害化破碎分选技术规范	规定了社会流通领域退役废锂离子电池的收集、贮存、运输、无害化处理、破碎分离、二次资源回收等环节的运行技术及管理要求。适用于报废后的动力锂离子电池以及报废后的3C锂离子电池。
报批中	动力电池梯次利用储能电站火灾风险评估指南	规定了动力锂离子电池梯次利用储能电站火灾风险评估的工作程序及步骤、评估单元及评估内容、评估结论的要求。适用于动力锂离子电池梯次利用储能电站的火灾风险评估。
	动力电池梯次利用储能电站火灾应急预案编制指南	规定了动力锂离子电池梯次利用储能电站火灾应急预案编制的原则、程序和主要内容。适用于动力锂离子电池梯次利用储能电站运维单位火灾应急预案的编制工作。
	动力锂离子电池梯次利用储能系统火灾防控装置性能要求与试验方法	规定了动力锂离子电池梯次利用储能系统火灾防控装置的性能要求和试验方法。适用于梯次利用动力锂离子电池储能系统火灾防控装置。
	动力锂离子电池梯次利用储能系统消防安全技术条件	规定了动力锂离子电池梯次利用储能系统的消防设计要求。适用于固定式梯次利用动力锂离子电池储能系统的消防设计。
	电力储能用锂离子梯次利用动力电池再退役技术条件	规定了电力储能用锂离子梯次利用动力电池再退役的判定条件、判定方法等。适用于电力储能用锂离子梯次利用动力电池。
制定中	车用动力电池回收利用梯次利用第5部分：可梯次利用设计指南
	车用动力电池回收利用梯次利用第6部分：剩余寿命评估规范
	梯次利用电池储能电站技术与安全规范
	梯次利用电池移动储能系统技术与安全规范
	用电侧储能梯次利用电池技术规范

Table 3

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

References 18

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参数	数值	参数	数值
C_E/元·W^-1·h^-1	0.5	T_s/d	330
C_P/元·W^-1	0.5	n/a	5
C_B/元·W^-1·h^-1	0.15	η/%	85
C_J/元·W^-1·h^-1	0.3	γ/%	5
C_W/元·W^-1·h^-1·a^-1	1%* C_E	N/a	15
C_S/元·W^-1·h^-1	0.1	[SOC_min, SOC_max]	[0.1，0.9]

	类别	优缺点
PCS	单级大机	效率高，价格便宜，容错性差
	单级小机多分支	效率一般，价格贵，容错性高；有利于退役动力电池安全问题防范
	双级直流多分支	效率一般，价格贵，容错性高；有利于退役动力电池安全问题防范；可以满足直流负载的应用
BMS	被动均衡	简单、成熟、成本低；电阻放电均衡，电池能量消耗高，损失系统容量均衡会产生较大的热量，系统风险增加
BMS	主动均衡	明显改善电池电压和容量的一致性；通过能量转移实现可放电容量的最大化；延长了电池系统的使用寿命

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