DNV ： 2024 年电池记分卡报 （ 印文版 ）

报告 2024BATTíRYSCORíCARD 2024电池记分卡 Contents 1 2 3 4 5寻求改善，补充或破坏锂离子的技术12 6锂离子电池市场17 7电池测试结果18 7.1测试方法18 7.2产品差异化19 7.3 8.3 9电池安全23 10前进道路25 主要作者：SteveJones 贡献者：MichaelKleinberg，JasonGoodhand，JohnWatts，CarrieKaplan ，SomayeSaadat，NaphtalHaya -2- 2024电池记分卡 -3- 1.Introduction 人类使用能源的方式正在发生根本性的变化。我们在1850年左右开始大规模部署煤炭，1900年左右开始部署石油，1950年左右开始部署天然气。 在过去的50年中，这些化石燃料的消费量急剧增加，这有助于实现前所未有的 人类和经济发展。然而,这些燃料的部署的持续增长(其由数百万年的有机物质衰变形成)将是不可能的,因为它们的补充比它们的消耗更慢,由于它们在消耗时排放到大气中的二氧化碳和其他污染物,并且被低成本技术所取代,因此是不期望的。 化石燃料已经被提炼用于车辆和发电，一旦创造出来，使用起来很干净，但很难储存。一百年前，四种电源争夺地面运输应用：马，内燃机（ICE），电池和蒸汽。在短时间内，汽油和柴油驱动的ICE占主导地位。如今，电池技术的进步，具有成本效益的清洁能源发电以及环境问题共同增加了电池供电的电动汽车（EV）的市场份额。因此，。 用于电动汽车的锂离子电池的产量呈指数级增长，由此产生的缩放和学习曲线效应使锂离子电池在固定储能和消费电子产品等其他应用中更实惠。 长期以来，电力一直存储在并网水电抽水蓄能设施中（一种重力蓄能形式）。现在，电池储能系统（BESS）正在被广泛部署，以存储电力以推迟最终使用，并帮助平衡电网的二次供需。此外,其他储存能量的手段,包括压缩空气能量储存、氢能量储存、飞轮、热系统、液流电池和其他重力方法正在经历快速的技术发展 。 本文档的重点是电池的性能和安全性，这些电池是当今电动汽车和BESS部署的核心和主导。它们在实际应用中的性能如何？实际用例与制造商规格表上的数据相比如何？性能和可靠性余量有多少？哪些使用和环境因素导致它们退化？ 十多年来，DNV一直是一个值得信赖的声音，以检查这些问题，以便电池生产商，购买者和用户能够最好地管理他们的风险。DNV电池记分卡的第五版包含了其他数据，新见解和新的电池快速参考表，其中提供了对新手和行业资深人士有用的电池的首字母缩写和基本事实。可以在第26页找到。 2.什么是电池记分卡？ DNV的BatteryScorecard是一份免费的公开报告，可告知有关电池的一些最紧迫的问题： •电池是如何降解的？ •电池的使用寿命是多少？ •是什么让一些电池比其他电池更安全？ •哪些可信数据可用于证明性能和安全性？ •预计还有哪些其他技术可以补充或可能取代锂离子作为主导技术？ •谁是主要的电池供应商？ 这些都是复杂的问题，需要全面了解电池技术，系统集成和控制，测试策略，制造和储能市场。BatteryScorecard解决这些问题如下： •第3节提供了电池用户应考虑的三个关键问题，并解释了如何解释电池测试结果。 •第4节涵盖了电池市场趋势，包括未来几十年电池部署的预 计指数增长。 •第5节介绍了作为不断变化的行业一部分的新技术，包括非锂离子电池和长期储能技术。 •第6节概述了当今的锂离子电池市场。 •第7节包括性能测试结果，包括一些惊喜，如异常令人印象深刻的测试结果和意外的快速退化情况。 •第8节涵盖了电池安全，并描述了从最近的事件中学到的知 识。 •第9节提供了有关未来创新的见解，我们希望在此记分卡的即将发布的版本中报告这些创新。 我们的发现基于丰富的行业经验以及现场和实验室测试数据，DNV使用先进的计算方法收集和评估，以产生有意义的见解。 3.每个电池购买者应该考虑的问题 EV和BESS购买者通常购买完整的产品（例如汽车）或包装系统（集成的BESS，包括电池，模块，机架，控件，外壳，热管理系统等 ）。与电池制造商，化学，形状因素，材料清单和其他因素有关的决定通常由其他人做出。 虽然EV或BESS的制造商通常会为其产品提供保修，但长期所有者最终 暴露于与产品过早失效相关的风险，并且将成为证明比设备制造商保证的更好（或更差）的性能的最终受益者（或受害者）。 无论是直接购买电池，还是购买将电池作为关键部件的电动汽车或 BESS，买家都应该询问： •在我的预期用例下，对电池退化的合理预期是什么？ •我的电池会根据制造商的保修降低吗？ •我怎样才能以一种有益的方式操作我的电池 细胞寿命，同时仍然满足我对资产的其他目标？ 电池测试和相关技术咨询服务提供了有关技术就绪性、退化、使用寿命和安全性的见解。DNV评估这些主题的方法如下所述。 技术准备/可融资性 选择合适的供应商是最重要和最具挑战性的工作之一。虽然电池已经商业化了几十年，但大多数固定储能产品和电动汽车电池的使用年限不到五年。许多电池供应商的全球曝光率有限，或者是市场的新进入者，因此做出明智的采购决策可能具有挑战性。 以下是我们在评估供应商时推荐的方法： 1.首先选择单元格：电池是电动汽车和BESS的核心部件，决定了性能、安全性和成本。找出谁制造了电池（如果与车辆或系统集成商不同），以及电池已经生产了多长时间。 2.评估跟踪记录:底层电池单元和集成车辆或系统的总部署都是产品可 靠性的良好指标。由于产品发布后通常有许多错误需要解决，因此更多的现场经验通常会导致产品改进。DNV建议买家从目前或类似的产品中获取现场性能数据 上一代细胞。 3.请求“可移植性报告”：电池制造商应该让他们的产品由独立的第三方审核，并愿意并渴望与潜在客户分享最终的《银行能力报告》。 DNV已经对市场上的许多产品进行了这些审查，包括电池，住宅和公用事业规模的BESS，控制，集成的直流耦合太阳能存储系统和非锂存储系统，并可以提供总结。 这些报告的列表。 4.审查独立测试数据：DNV建议在做出采购决定之前向供应商索取独立的测试数据,以便更好地了解产品。 在完成对电池供应商的初步审查后，您现在可以更准确地预测电池的退化、增强需求、使用寿命和电池安全性。 细胞降解 电动汽车和BESS项目中的电池单元通常预计具有10至20年的使用寿命。 制定电池退化预期的主要方法是通过在测试实验室进行加速电池寿命测试 ，包括电池和储能技术测试与商业化中心（BEST测试中心） 在罗切斯特和其他地方进行DNV测试，并收集和评估来自世界各地电池制造商实验室进行的现场见证测试的数据。 虽然电池制造商也进行了自己的测试，但这些测试结果尚未经过独立验证，因此未纳入电池记分卡。DNV将测试数据分类如下： •DNV测试-由DNV使用以下推荐实践中所述的测试进行。 •见证测试-由DNV在电池制造商现场使用以下推荐实施规程中描述的测试进行监督。 •制造商测试-不包括在电池记分卡中，因为测试方法和结果尚 未独立验证。 2023年12月，DNV发布了第一版推荐规程（DNV-RP-0577）电池的标准化性能测试，以促进行业合作，允许在任何实验室（DNV或外部）进行等效测试，并将测试结果 在这些实验室中兼容，以便更有决定性的发现可以从结果数据中获得。 虽然客户可以要求根据其特定需求进行任何类型的测试，但在BEST测试中心进行的大多数性能测试都遵循基于已发布的推荐实践的程序。这些测试评估了四个主要压力因素的电池：充电和放电速率（C速率或P速率）;充电状态（SOC）摆动（例如从25％充电到75％，然后 。 从75％到25％的放电表示50％的SOC摆幅）；平均SOC；以及电池在其中循环的环境温度。 推荐做法包括38个单独的测试，涵盖了固定和移动电池操作的典型操作窗口和应力情况。虽然大多数测试进行6至12个月，但早期故障模式和退化趋势可以在测试的第一个月或两个月内确定，特别是在高应力情况下。许多项目开发商或业主要求进行更长的测试，以更好地了解电池单元何时会出现故障，从而进入加速，非线性退化的时期，并最终失去其保持电荷的能力。BEST测试中心的测试结果如下所述（根据客户保密协议的允许），其中突出了关键类别的性能趋势。 有一种与年龄有关的退化形式，与使用无关，通常被称为“日历褪色”。这种类型的退化也经常受到温度和SOC的影响。在考虑项目或产品的交付和调试时间表时，这是一个重要因素。多个月的延迟可能会对存储系统启动时的初始能量容量产生严重影响。 本文档后面提供了日历老化测试结果示例。 使用寿命 使用寿命只是听起来像，电池可以提供功能（充电和放电）的时间段Itwasintended.Afterthe‘usefullife’,abatterydecadesunpredicantlyandrapidlyloseitscapacitytostoreenergy 直到它无法保持电荷。EV或BESS的寿命取决于其单个电池单元的寿命。系统的整体性能取决于电池在较大系统中的集成，操作，维护和平衡方式。如果单个电池以不同的速率降解， 它可以显着降低系统的能量容量。在最坏的情况下，它可能导致电池和更广泛的系统加速加热和最终故障。 从可预测的退化（通常是线性的）到加速退化的过渡通常被称为退化曲线中的“膝盖”或“肩膀”。考虑到多种因素，预测退化曲线中的膝盖非常困难 参与集成和控制电池，以实现 特定于项目的要求和缺乏经验数据。该行业通常认为60％的容量保留率代表了在制造商推荐条件下运行的BESS的商业使用寿命的结束； DNV同意这一点，除非指定了不同的值和由制造商支持。 DNV开发了一种先进的软件建模工具，可预测BESS在其使用寿命期间的特定用例退化。电池AI导入电池周期和日历寿命测试数据，并实施特定于电池的退化算法，以创建电池的“数字孪生”，可以在一系列用户定义的情况下预测电池和系统性能。 作为如何在电池AI中进行使用寿命建模的示例，这三个用例可用于分析BESS性能： •英国的固定频率响应：参与英国公司频率响应市场的一小时电池； •德克萨斯州的商户存储：两小时商用电池，在德克萨斯州电力可 靠性委员会（ERCOT）市场提供能源和辅助服务产品；和 •太阳能紧固:四小时电池与太阳能发电场位于同一地点，将生产转移到最高价格时间。 这些用例有助于证明每个BESS的预期性能下降，项目开发商和贷方可以使用这些用例与电池制造商和集成商提供的保修进行比较。 电池的使用寿命高度依赖于使用情况。制造商和集成商通常限制每日和/或年度使用（称为“吞吐量”），以便使用寿命可以转换为年份，以符合项目时间表和资产建模。虽然固定式BESS通常具有10至25年的保修期，但这些期限通常是通过在项目的运行阶段添加更多电池（“增强” ）来实现的。即使新存储项目的保修期更长，今天市场上的固定电池也很少运行15年或更长时间。单个电池的使用寿命。 根据申请，可能比担保期短得多。 车辆电池保修通常基于行驶距离(e。Procedre200,000公里)和自制造以来的累计使用小时数或使用年限(例如Procedre10年），这是从导致退化的因素（例如吞吐量和日历衰落）中删除的一步。电动汽车的应用可以有很大的不同，从接近24/7的商用卡车到大部分时间坐在车库里的乘用车。DNV认为。 车辆电池的6至12年保修标准，最低能量容量限制设置为初始容量的80％（而不是固定应用中的60％）。 电池安全 可以说，BESS设计最重要的方面是安全性，就像性能一样，需要彻底审查。对于储能产品有许多必需的安全认证。示例包括用于小区的UL1642、用于模块的UL1973、用于集成BESS的UL9540和UL9540A等等。根据规范要求和最佳实践，储能系统的安全性由单个电池单元建立，并与产品寿命的每个阶段相关。由于备