方宇（右三）在指导学生们开展研究。受访者供图

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■本报记者 沈春蕾

“如果这项技术在国内储能市场推广，每年可减少电子废弃物20万吨，减少碳排放1500万吨。”这是评审专家对扬州大学教授方宇团队开发的高性能自适应双通道新型储能装备的评价。

日前，该装备已在多家企业完成为期半年的试用，即将正式投入市场。方宇告诉《中国科学报》：“我们为动力电池组设计的‘智慧大脑’不仅可以让退役电池组的使用寿命延长30%，还可以保持并延长正常电池的使用寿命。”

动力电池退役不代表报废

方宇告诉《中国科学报》，他并不是专业做电池的，自己跟动力电池的缘分还得从“科技镇长团”说起。

2016年，方宇被选为“科技镇长团”一员，来到江苏省常熟市挂职工作，担任尚湖镇党委副书记一职。其间，他深入开展企业调研，在人才配置、成果转化等多个环节建立起企业和高校的深入联系与互动。

在对接企业过程中，方宇结识了一家来自上海的新能源电池公司，对方希望通过技术改造进一步提高动力电池的使用效率。

“当动力电池容量衰减至额定容量80%以下时，就不再适用于电动汽车。但电池容量在额定容量50%至80%之间的动力电池仍有使用价值，如果将电池拆解后重组，可做成储能设备、应急电源等继续服役。”方宇说。

近年来，我国新能源车的动力电池迎来“退役潮”。相关机构预测，2025年我国退役动力电池将达到104万吨，2030年将达到350万吨。

动力电池退役不代表报废。方宇告诉《中国科学报》，从新能源车上退役下来的动力电池如果直接淘汰就是浪费，这些电池可以用于光伏并网储能。

此前，美国特斯拉公司推出的“能源墙”家庭储能产品，有望使用电动汽车退役电池进行充电和存储。“这些退役电池的二次利用，不仅能延长电池的使用寿命，还能帮助解决储能系统的部分需求，推动能源更高效利用。”方宇说。

上海这家新能源电池公司委托方宇团队利用退役的动力电池做“能源墙”，让退役电池继续发挥效用。虽然最初方宇没有成熟可行的改造方案，但他认准了这些退役电池将在储能领域大有可为，于是带领团队从2020年开始摸索开发退役电池的高效利用技术。

退役电池组寿命可延长30%

2024年2月，国务院办公厅发布的《关于加快构建废弃物循环利用体系的意见》提出，加强废旧动力电池循环利用。

当前，对于退役动力电池处理利用主要有梯次利用和再生利用两种方式。梯次利用是当电池容量衰减至额定容量的50%至80%时，回收企业将退役动力电池拆解重组，作为应急电源、储能设备等继续服役。当电池容量降至额定容量40%以下时，一般就会采用再生利用的方式。

根据客户提出的需求，方宇团队的主要攻关点围绕退役动力电池的梯次利用展开。

长期以来，退役动力电池的梯次利用一直存在“木桶效应”。方宇解释说，在储能系统中，所有电池的充放电过程都是紧密耦合、同步进行的。退役电池因制造差异、老化程度不同，并入储能系统后可能因一块电池存在短板，影响整个系统的性能和寿命，“就像用长短不一的木板箍桶，系统效能永远被最弱的那节电池拖累”。

传统做法是将电池包拆解，检测每一个电芯，挑出合适的再组装成新的电池包。“这不仅需要增加人力，还需要添加硬件，比如要在电池组添加均衡硬件装置。”方宇介绍，“我们主要从软件着手，不需要增加硬件成本，也不需要对原电池组进行改造。”

方宇团队自主研发的模糊加权控制算法可以实时监测电池电压及其变化率，自动分配充放电电流，绕过了传统均衡硬件装置的壁垒。团队还利用预设时间的反馈控制技术实现母线电压的快速跟踪，并设计了一套“独立双通道-绕组串型双有源桥”的电路架构，使得高压侧开关器件减少了50%以上，大幅降低装置成本并提升了系统可靠性。

“这套电路架构就像给电池安装了‘智慧大脑’。”团队成员、方宇的学生张珈晨介绍，“架构设计的核心优势在于不需要精确计算电池剩余电量，而是通过电压变化趋势判断电池状态，既降低了对处理器算力的要求，又提升了系统响应速度。”

在企业测试期间，方宇团队经过50多次调试，最终将组合电池模组电压差值缩小到0.2%，使退役电池组寿命延长30%，能量转化效率达97.8%，综合成本降低25%。

从用户端考虑降本增效

“当初企业希望我们实现退役动力电池梯次利用、降低成本时，并没有要求做出这样一套装备。”方宇回忆道，“我们在开发的过程中，一边思考，一边尝试，尽量从用户端出发，不改变原来的电池装置，通过软件算法为电池装上‘智慧大脑’，不仅延长了电池使用寿命，还帮助客户节约了成本。”

最开始，方宇团队也曾想过采用其他方法，比如从电池机理出发估算动力电池的剩余电量，并监测放电过程中电量的衰竭。

“如果使用上述方法，在电池不使用的时候才能准确评估出剩余电量。但对客户来说，这样做不仅耽误工时，还需要增加一些硬件装置。”方宇说，他们在给客户测试的时候，曾加入动态均衡仪这样的硬件，虽然可以提高电池使用效率，但客户会多出一笔开支。

于是，方宇团队另辟蹊径，采取动态监测方法，不但可以计算出剩余电量，还省去了硬件装置的成本，最终让企业实现降本增效。

从2024年开始，方宇团队开发的高性能自适应双通道新型储能装备已经在多家企业开展测试，用户的反馈不错。他透露已经跟用户达成潜在合作意向。

除了延长退役动力电池的使用寿命，这套设备还适用于被淘汰电池的梯次利用。如果接入性能正常的电池组，还有助于延长电池组的使用寿命。

方宇解释说，因为不同通道的电池在使用过程中面临不一致的变化，导致性能差异。“我们开发的‘智慧大脑’能避免这种情况发生，保持甚至延长正常电池的使用寿命。”