电动汽车电池可能在太阳能农场重生

麻省理工学院的一项研究表明，电动汽车电池可以作为电网规模的太阳能光伏装置的备用存储，具有有用且有利可图的第二生命，在这种要求较低的角色中，电动汽车电池可以使用十多年。此图显示了汽车和太阳能电池板背景上锂离子电池的“剖视图”。

建模研究表明，电池再利用系统对于电动汽车公司和电网规模的太阳能运营都可能有利可图。

随着电动汽车在世界范围内的迅速普及，很快将出现一堆废旧电池，其性能不再足以满足需要可靠加速和续驶里程的车辆的需求。但是一项新的研究表明，这些电池仍可以作为电网规模太阳能光伏装置的备用存储，具有有用的和可盈利的第二生命，在这种要求较低的角色下，它们可以发挥超过十年的作用。

这项研究发表在《应用能源》杂志上，由六位麻省理工学院现任和前任研究人员进行，其中包括博士后伊恩·马修斯（Ian Mathews）和机械工程学教授Tonio Buonassisi，他是光伏研究实验室的负责人。

作为测试案例，研究人员详细研究了加利福尼亚的一个假设的网格规模太阳能农场。他们研究了几种方案的经济性：仅建造一个2.5兆瓦的太阳能发电场；构建相同的阵列以及新的锂离子电池存储系统；并使用由重新使用的EV电池制成的电池组构建电池，该电池组的容量已下降至原始容量的80％，在这一点上，它们被认为对于继续车辆使用而言太弱了。

他们发现，新的电池装置无法提供合理的净投资回报率，但只要电池的成本低于原始价格的60％，对使用过的EV电池进行妥善管理的系统就可以成为一项有利可图的好投资。

不太容易

Mathews解释说，该过程听起来可能很简单，偶尔会在较小规模的项目中实现，但是将其扩展到网格规模并不简单。“在技术层面上有很多问题。当您将电池从车中取出时如何检查电池，以确保它们足以重复使用？您如何将不同汽车的电池组合在一起，从而知道它们可以很好地协同工作，并且不会有一种电池比其他电池差很多，并且会降低系统的性能？”

他说，在经济方面，还有一些问题：“我们确定这些电池中是否还有足够的价值，足以证明从汽车中取出，回收，检查并重新包装到新应用中的成本？”研究小组发现，对于在加利福尼亚州当地条件下的模拟案例，答案似乎是肯定的。

这项研究使用了电池退化的半经验模型，并使用实测数据进行了训练，以预测这些锂离子电池在不同工作条件下的容量衰减，并发现通过在相对缓和的充电和放电周期下工作，这些电池可以达到最大的使用寿命和价值。 -永远不要超过满电量的65％或低于15％。这一发现挑战了一些先前的假设，即最初以最大容量运行电池将提供最大价值。

“我已经和那些说过最好的事情的人进行了交流，那就是尽力而为，并且将所有收入都放在头上，”马修斯说。“当我们看着它时，根本就没有任何意义。”从分析中可以明显看出，最大限度地延长电池的使用寿命将提供最佳的回报。

他们会持续多久？

一个未知因素是在第二种应用中电池可以继续有效运行多长时间。该研究做出了一个保守的假设，即当电池的额定容量从最初的80％（从电动汽车退役的那一刻起）下降到额定容量的70％时，它们将从太阳能农场的后备服务中退役。Mathews说，但这很可能会继续运行，直到容量降低到60％甚至更低，这可能是安全且值得的。他说，将需要进行长期的试验研究来确定这一点。许多电动汽车制造商已经开始进行此类试点研究。

他说：“这本身就是整个研究领域，因为典型的电池具有多种降解途径。试图弄清楚当您进入这个更快的降解阶段时会发生什么，这是一个活跃的研究领域。”在某种程度上，退化是由控制电池的方式决定的。他说：“因此，您实际上可以在项目的整个生命周期中调整控制算法，以尽可能地真正推广它。”他说，这是团队在正在进行的研究中将追求的一个方向。“我们认为这对于机器学习方法可能是一个很好的应用程序，它试图提供在项目生命周期内调整那些控制策略的智能方法和预测分析方法。”

他解释说，该项目的实际经济效益可能会因当地的监管和利率设定结构而大相径庭。例如，某些地方法规允许将存储系统的成本包括在新的可再生能源供应的总成本中（出于定价目的），而其他一些则不包括在内。这种系统的经济性将因地制宜，但是加利福尼亚的案例研究旨在作为美国的一个示例。

Mathews说：“许多州确实开始看到存储可以提供的好处。”“这只是表明，他们应该有一定的余地，以某种方式在这些法规中纳入了第二次使用的电池。这可能对他们有利。”

麦肯锡（McCews）表示，麦肯锡公司（McKinsey Corp.）最近的一份报告显示，随着从现在到2030年之间对可再生能源项目的备用存储需求的增长，二手电动汽车电池有可能满足该需求的一半。他说，一些电动汽车公司，包括由麻省理工学院的校友创立的Rivian，已经在专门设计其电池组，以使这种报废的用途尽可能容易。

马修斯说：“我在论文中提出的观点是，从技术上，经济上讲，…这是可行的。”对于下一步，他说：“有很多利益相关者需要参与其中：您需要拥有电动汽车制造商，锂离子电池制造商，太阳能项目开发商和电力电子工程师。”他说，目的是“‘嘿，你们应该实际上坐下来看看这个，因为我们认为它真的可以工作。’”

参考：Ian Mathews，Bolun Xu，Wei He，Vanessa Barreto，Tonio Buonassisi和Ian Marius Peters撰写的“考虑日历和循环老化
的公用事业规模太阳能第二寿命电池的技术经济模型”，应用能源，2020年。
10.1016 / j.apenergy.2020.115127

研究团队包括博士后Bolum Xu和Wei Wei，MBA学生Vanessa Barreto和研究科学家Ian Marius Peters。这项工作得到了欧盟Horizo​​n 2020研究计划，量子可持续太阳能技术的DoE-NSF ERF（QESST）和新加坡国家研究基金会通过新加坡-MIT研究与技术联盟（SMART）的支持。