太阳能农场可以赋予电动汽车电池新的生命

随着电动汽车在全球范围内迅速普及，很快就会出现一波二手电池，其性能不再足以满足需要可靠加速和续航里程的车辆。但一项新的研究表明，这些电池作为电网规模的太阳能光伏(PV)装置的备份存储，仍然可以有一个有用的和有利可图的第二次生命，它们可以在这个要求不那么高的角色上工作十多年。

这项研究是由六位现任和前任麻省理工学院的研究人员进行的，包括博士后Ian Mathews和机械工程教授Tonio Buonassisi，他是光伏研究实验室的负责人。

作为一个测试案例，研究人员详细检查了加利福尼亚州一个假设的电网规模的太阳能农场。他们研究了几种方案的经济性:单独建造一个2.5兆瓦的太阳能农场;建立相同的阵列以及新的锂离子电池存储系统;然后用重新利用的电动汽车电池制成的电池阵列来建造它，这些电池的容量已经下降到原始容量的80%，在这个程度上，它们将被认为太弱，无法继续使用。

他们发现，新的电池安装不会提供合理的投资净回报，但只要电池的成本低于原价的60%，一个妥善管理的二手电动汽车电池系统可能是一项不错的、有利可图的投资。

没那么容易

Mathews说，这个过程听起来很简单，偶尔也会在小规模项目中实施，但将其扩展到网格规模并不简单。“在技术层面上有很多问题。当你把电池从车里拿出来时，你如何检查电池，以确保它们足够好，可以重复使用?你如何将不同汽车的电池组合在一起，使它们能够很好地工作，而不会有一块电池比其他电池差得多，从而拖累系统的性能?”

他说，在经济方面，也存在一些问题:“我们是否确信这些电池还有足够的价值，足以证明从汽车上取走它们、收集它们、检查它们，并将它们重新包装成一个新的应用程序的成本是合理的?”研究小组发现，对于加州当地条件下的模型案例，答案似乎是肯定的。

该研究使用了电池退化的半经验模型，使用测量数据进行训练，以预测这些锂离子电池在不同操作条件下的容量衰减，并发现电池可以通过在相对温和的充放电循环下运行来实现最大寿命和价值——永远不会超过满电的65%或低于15%。这一发现挑战了一些早期的假设，即最初以最大容量运行电池将提供最大的价值。

Mathews说道:“我曾与一些人交谈过，他们认为最好的方法便是努力工作，并提前获得所有收益。“当我们看到这一点时，这根本说不通。”从分析中可以清楚地看出，最大限度地延长电池的使用寿命将提供最好的回报。

会持续多久?

一个未知的因素是电池在第二次应用中还能继续有效工作多久。该研究做了一个保守的假设，即当电池的额定容量从最初的80%(即从电动汽车使用中退役)下降到70%后，电池将从太阳能发电厂的备用服务中退役。但马修斯说，继续以60%甚至更低的容量运行可能是安全的，也是值得的。他说，需要进行长期的试点研究来确定这一点。许多电动汽车制造商已经开始进行此类试点研究。

“这本身就是一个完整的研究领域，”他说，“因为典型的电池有多种退化途径。试图弄清楚当你进入这个更快的退化阶段时会发生什么，这是一个活跃的研究领域。”

在某种程度上，电池的退化是由控制电池的方式决定的。他说:“所以，你可能会在项目的整个生命周期中调整你的控制算法，尽可能地把它推出去。”他说，这是该团队正在进行的研究的一个方向。“我们认为这可能是机器学习方法的一个很好的应用，试图找出那种智能方法和预测分析，在项目的生命周期内调整这些控制策略。”

他解释说，这类项目的实际经济效益可能因当地监管和利率设定结构的不同而有很大差异。例如，一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，以制定费率，而其他法规则不允许。这种系统的经济将非常具体，但加州的案例研究旨在作为一个说明性的美国例子。

Mathews说:“很多州已经开始意识到存储所能带来的好处。”“这只是表明，他们应该有一项规定，以某种方式将二次电池纳入这些规定。这可能对他们有利。”

麦肯锡公司最近的一份报告显示，从现在到2030年，可再生能源项目对备用存储的需求不断增长，二次使用电动汽车电池可能会满足一半的需求，马修斯说。他说，一些电动汽车公司，包括Rivian由麻省理工学院(MIT)校友创办的这家公司已经在专门设计他们的电池组，使这种寿命结束后的再利用尽可能容易。

马修斯说:“我在论文中提出的观点是，从技术上和经济上讲，……这是可行的。”对于下一步，他说，“有很多利益相关者需要参与进来:你需要你的电动汽车制造商，你的锂离子电池制造商，你的太阳能项目开发商，电力电子人员。”他说，这么做的目的“是想说，‘嘿，你们真的应该坐下来好好看看这个，因为我们认为它真的可行。’”

麻省理工学院

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-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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