CN108845270B - 磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，包括以下步骤：步骤S1：依据磷酸铁锂动力电池的SOH对动力电池进行梯次利用分级；步骤S2：构建各梯次利用阶段电池使用总容量模型；步骤S3：构建各梯次利用阶段成本模型；步骤S4：根据步骤S1‑S3得到的数据估算磷酸铁锂动力电池全寿命周期成本变化趋势，并输出结果。与现有技术相比，本发明创新性的提出了一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，能够合理的估算电动汽车动力电池的全寿命周期成本，划分了动力电池全寿命周期的各阶段的价值利用和成本分摊，对界定及评估动力电池在电动汽车阶段及储能及其他应用阶段内的价值利用及成本分摊具有重要意义。

Description

磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法。

背景技术

动力电池是电动汽车的重要组成部分，动力电池成本占整个电动汽车成本的40％左右。目前动力电池的成本虽然主要由电动汽车生产厂家承担，而实际上，具体使用过程中是由消费者承担，高额的成本将限制电动汽车产业的进一步发展。

除开通过新技术、新产品的研发来降低动力电池的生产成本之外，合理的估算电动汽车动力电池的全寿命周期成本，将动力电池的成本分摊到其全寿命周期的各个阶段，同样可以大幅度降低动力电池在电动汽车试用阶段的成本，促进电动汽车行业的发展。

随着电动汽车行业的迅猛发展，动力电池大规模退役潮已经来临，因此，如何界定及评估动力电池在电动汽车阶段及储能及其他应用阶段内的价值利用及成本分摊将显得尤为必要，但目前尚无相关解决方案。

发明内容

为此，本发的实施例提出一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，解决现有技术中的上述问题，实现动力电池全寿命周期成本计算问题，从而明确动力电池全寿命周期各阶段的使用价值及应承担成本的划分。

一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，包括以下步骤：

步骤S1：依据磷酸铁锂动力电池的SOH对动力电池进行梯次利用分级；

步骤S2：构建各梯次利用阶段电池使用总容量模型；

步骤S3：构建各梯次利用阶段成本模型；

步骤S4：根据步骤S1-S3得到的数据估算磷酸铁锂动力电池全寿命周期成本变化趋势，并输出结果。

与现有技术相比，本发明创新性的提出了一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，能够合理的估算电动汽车动力电池的全寿命周期成本，划分了动力电池全寿命周期的各阶段的价值利用和成本分摊，对界定及评估动力电池在电动汽车阶段及储能及其他应用阶段内的价值利用及成本分摊具有重要意义。该方法本简单有效，结合成组率、价值因子等参数，合理对动力电池全寿命周期成本进行估算，解决了动力电池成本划分界定不清，估算困难的技术难题。

另外，根据本发明上述的磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述步骤S1具体包括：

依据新能源汽车对动力锂电池的报废标准，结合磷酸铁锂动力电池的SOH，将动力电池分为三级：

第一级，SOH在80％-100％；

第二级，SOH在40％-80％；

第三级，SOH在0-40％。

进一步地，所述步骤S2具体包括：

依据动力电池性能衰减规律，构建动力电池的SOH与循环周期的线性曲线图，所述线性曲线图的横坐标为循环周期，纵坐标为SOH，所述线性曲线图的原点为点B，所述纵坐标的最大值所在的位置为点A，所述横坐标的最大值所在的位置为点C；

对于任意全新的动力电池，设定其SOH从100％下降到x，x的范围为[0，1]，其在所述线性曲线图对应点D，所述点D在所述横坐标上的垂足为点E，将已使用的容量定为Q_X，动力电池全寿命周期容量定义为Q_T，容量使用率定义为η＝Q_X/Q_T×100％，则Q_X为所述线性曲线图中梯形ABED所围成的面积S_ΔABED与单电池额定容量C₀的乘积，Q_T为三角形S_ΔABC所围成的面积与单电池额定容量C₀的乘积，具体如下式所示：

S_ΔDEC＝x²·S_ΔABC

Q_T＝C₀·S_ΔABC

Q_X＝C₀·(S_ΔABC-S_ΔDEC)＝C₀·S_ΔABC(1-x²)

η＝Q_X/Q_T×100％＝[C₀·S_ΔABC·(1-x²)]/[C₀·S_ΔABC]×100％＝100(1-x²)％；

再结合磷酸铁锂动力电池SOH分级方法，计算出不同SOH区间下电池使用容量，其中：

第一区间，SOH在80％-100％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的36％；

第二区间，SOH在40％-80％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的48％；

第三区间，SOH在0-40％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的16％。

进一步地，所述步骤S3具体包括：

按电动汽车使用截止容量80％计算，从SOH为100％到80％区间，电动汽车总使用容量占全寿命周期总容量的36％；若按储能使用截止容量40％计算，从SOH为80％到40％区间，储能总是用容量占全寿命周期容量的48％，二者共占全寿命周期容量的84％，这部分容量是具有使用价值的容量Q_V，定义为全寿命周期优质容量；电动汽车使用容量占全寿命周期优质容量的3/7，储能使用容量占全寿命周期优质容量的4/7；

设定电池的成本由电动汽车与储能共同承担，即由SOH为100％-40％的使用主体承担，不考虑动力电池SOH低于40％进行报废回收处理产生的价值和成本；

设定：梯次利用成组率γ，电池的单价M，则：

电动汽车理论应承担成本Pe^Θ为:

储能理论应承担成本Ps^Θ为：

设定价值因子p，p表示应用于电动汽车的单位容量成本与应用于储能的单位容量成本之比，p大于1；

储能电池实际应承担成本Ps为：

电动汽车电池实际应承担成本Pe为：

进一步地，所述步骤S4具体包括：

根据所述步骤S3中的公式，储能实际应承担成本占整个电池成本的比例Ps％为：

电动汽车实际应承担成本占整个电池成本的比例Pe％为：

最后依据上述公式绘制Ps％及Pe％与γ/p的曲线图。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是SOH随循环周期变化图；

图2是不同SOH区间下电池使用容量图；

图3是动力电池成本比例与γ/p关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提出的磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，包括以下步骤：

步骤S1：依据磷酸铁锂动力电池的SOH对动力电池进行梯次利用分级；

其中，该步骤具体包括：

依据新能源汽车对动力锂电池的报废标准，结合磷酸铁锂动力电池的SOH，将动力电池分为三级：

第一级，SOH在80％-100％，可以应用于电动汽车；

第二级，SOH在40％-80％，可以应用于风光储、削峰填谷、备用电源等储能相关领域；

第三级，SOH在0-40％，需要做报废回收处理。

步骤S2：构建各梯次利用阶段电池使用总容量模型；

其中，该步骤具体包括：

依据动力电池性能衰减规律，锂离子动力电池的SOH与循环周期基本符合线性关系，因此，构建动力电池的SOH与循环周期的线性曲线图，请参阅图1，所述线性曲线图的横坐标为循环周期，纵坐标为SOH，所述线性曲线图的原点为点B，所述纵坐标的最大值所在的位置为点A，所述横坐标的最大值所在的位置为点C；

对于任意全新的动力电池，设定其SOH从100％下降到x，x的范围为[0，1]，其在所述线性曲线图对应点D，所述点D在所述横坐标上的垂足为点E，将已使用的容量定为Q_X，动力电池全寿命周期容量定义为Q_T，容量使用率定义为η＝Q_X/Q_T×100％，则Q_X为所述线性曲线图中梯形ABED所围成的面积S_ΔABED与单电池额定容量C₀的乘积，Q_T为三角形S_ΔABC所围成的面积与单电池额定容量C₀的乘积，具体如下式所示：

S_ΔDEC＝x²·S_ΔABC (1)

Q_T＝C₀·S_ΔABC (2)

Q_X＝C₀·(S_ΔABC-S_ΔDEC)＝C₀·S_ΔABC(1-x²) (3)

η＝Q_X/Q_T×100％＝[C₀·S_ΔABC·(1-x²)]/[C₀·S_ΔABC]×100％＝100(1-x²)％ (4)

由公式(1)-(4)可以看出，Q_X及Q_T与S_ΔABC成正比关系，而η与S_ΔABC无关，仅有电池SOH所决定。因此，对于任意电池来说，都可以通过任意时刻的SOH来计算其容量使用率η。

根据公式(1)-(4)，再结合磷酸铁锂动力电池SOH分级方法，计算出不同SOH区间下电池使用容量，如图2所示，其中：

第一区间，SOH在80％-100％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的36％；

第二区间，SOH在40％-80％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的48％；

第三区间，SOH在0-40％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的16％。

步骤S3：构建各梯次利用阶段成本模型；

其中，该步骤具体包括：

按电动汽车使用截止容量80％计算，从SOH为100％到80％区间，电动汽车总使用容量占全寿命周期总容量的36％；若按储能使用截止容量40％计算，从SOH为80％到40％区间，储能总是用容量占全寿命周期容量的48％，二者共占全寿命周期容量的84％，这部分容量是具有使用价值的容量Q_V，定义为全寿命周期优质容量；电动汽车使用容量占全寿命周期优质容量的3/7，储能使用容量占全寿命周期优质容量的4/7；

设定电池的成本由电动汽车与储能共同承担，即由SOH为100％-40％的使用主体承担，不考虑动力电池SOH低于40％进行报废回收处理产生的价值和成本；

设定：梯次利用成组率γ，电池的单价M，则：

电动汽车理论应承担成本Pe^Θ为:

储能理论应承担成本Ps^Θ为：

设定价值因子p，p表示应用于电动汽车的单位容量成本与应用于储能的单位容量成本之比，p大于1；

储能电池实际应承担成本Ps为：

电动汽车电池实际应承担成本Pe为：

步骤S4：根据步骤S1-S3得到的数据估算磷酸铁锂动力电池全寿命周期成本变化趋势，并输出结果。

其中，该步骤具体包括：

根据所述步骤S3中的公式，储能实际应承担成本占整个电池成本的比例Ps％为：

电动汽车实际应承担成本占整个电池成本的比例Pe％为：

最后依据上述公式绘制Ps％及Pe％与γ/p的曲线图。

下面以一实例进行说明：

价格因子p依据市场规律定在(1，5]区间，成组率γ假设在(0.5，0.9)区间，则γ/p将落在(0.1，0.9)区间内，绘制的Ps％及Pe％与γ/p的曲线图如图3所示，从图3可以看出，随着γ/p增大，储能用电池所占成本Ps％逐渐升高，而电动汽车用电池成本Pe％逐渐降低，当γ/p＝0.875时，储能用电池成本与电动汽车成本相同，各占总成本的50％。

这里，设定价格因子p＝2，成组率γ＝0.8；

电动汽车应承担成本为Pe为：

储能电池应承担成本Ps为

电动汽车电池的应承担成本占整个电池成本的比例Pe％为：

储能电池的应承担成本占整个电池成本的比例Ps％为：

假定一节60Ah磷酸铁锂动力电池的单价为500元/节；

价格因子p＝2，成组率γ＝0.8时，电动汽车应承担成本为385元/节，储能应承担成本为115元/节。

因此，与现有技术相比，本发明创新性的提出了一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，能够合理的估算电动汽车动力电池的全寿命周期成本，划分了动力电池全寿命周期的各阶段的价值利用和成本分摊，对界定及评估动力电池在电动汽车阶段及储能及其他应用阶段内的价值利用及成本分摊具有重要意义。该方法本简单有效，结合成组率、价值因子等参数，合理对动力电池全寿命周期成本进行估算，解决了动力电池成本划分界定不清，估算困难的技术难题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：依据磷酸铁锂动力电池的SOH对动力电池进行梯次利用分级；

步骤S2：构建各梯次利用阶段电池使用总容量模型；

步骤S3：构建各梯次利用阶段成本模型；

步骤S4：根据步骤S1-S3得到的数据估算磷酸铁锂动力电池全寿命周期成本变化趋势，并输出结果；

所述步骤S1具体包括：

依据新能源汽车对动力锂电池的报废标准，结合磷酸铁锂动力电池的SOH，将动力电池分为三级：

第一级，SOH在80％-100％；

第二级，SOH在40％-80％；

第三级，SOH在0-40％；

所述步骤S2具体包括：

依据动力电池性能衰减规律，构建动力电池的SOH与循环周期的线性曲线图，所述线性曲线图的横坐标为循环周期，纵坐标为SOH，所述线性曲线图的原点为点B，所述纵坐标的最大值所在的位置为点A，所述横坐标的最大值所在的位置为点C；

对于任意全新的动力电池，设定其SOH从100％下降到x，x的范围为[0，1]，其在所述线性曲线图对应点D，所述点D在所述横坐标上的垂足为点E，将已使用的容量定为Q_X，动力电池全寿命周期容量定义为Q_T，容量使用率定义为η＝Q_X/Q_T×100％，则Q_X为所述线性曲线图中梯形ABED所围成的面积S_ΔABED与单电池额定容量C₀的乘积，Q_T为三角形S_ΔABC所围成的面积与单电池额定容量C₀的乘积，具体如下式所示：

S_ΔDEC＝x²·S_ΔABC

Q_T＝C₀·S_ΔABC

Q_X＝C₀·(S_ΔABC-S_ΔDEC)＝C₀·S_ΔABC(1-x²)

η＝Q_X/Q_T×100％＝[C₀·S_ΔABC·(1-x²)]/[C₀·S_ΔABC]×100％＝100(1-x²)％；

再结合磷酸铁锂动力电池SOH分级方法，计算出不同SOH区间下电池使用容量，其中：

第一区间，SOH在80％-100％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的36％；

第二区间，SOH在40％-80％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的48％；

第三区间，SOH在0-40％，该区间动力电池总实用容量占全寿命周期总容量的16％。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

按电动汽车使用截止容量80％计算，从SOH为100％到80％区间，电动汽车总使用容量占全寿命周期总容量的36％；若按储能使用截止容量40％计算，从SOH为80％到40％区间，储能总是用容量占全寿命周期容量的48％，二者共占全寿命周期容量的84％，这部分容量是具有使用价值的容量Q_V，定义为全寿命周期优质容量；电动汽车使用容量占全寿命周期优质容量的3/7，储能使用容量占全寿命周期优质容量的4/7；

设定电池的成本由电动汽车与储能共同承担，即由SOH为100％-40％的使用主体承担，不考虑动力电池SOH低于40％进行报废回收处理产生的价值和成本；

设定：梯次利用成组率γ，电池的单价M，则：

电动汽车理论应承担成本Pe^Θ为:

储能理论应承担成本Ps^Θ为：

设定价值因子p，p表示应用于电动汽车的单位容量成本与应用于储能的单位容量成本之比，p大于1；

储能电池实际应承担成本Ps为：

电动汽车电池实际应承担成本Pe为：

3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂动力电池梯次利用的全寿命周期成本估算方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

根据所述步骤S3中的公式，储能实际应承担成本占整个电池成本的比例Ps％为：

电动汽车实际应承担成本占整个电池成本的比例Pe％为：

最后依据上述公式绘制Ps％及Pe％与γ/p的曲线图。

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