動(dòng)力電池梯次利用簡(jiǎn)述

1、動(dòng)力電池梯次利用簡(jiǎn)述1 .概述從電動(dòng)汽車上退役的動(dòng)力電池通常具有初始容量60-80%勺剩余容量，并且具有一定的使用壽命，目前主要有兩種可行的處理方法：其一是梯次利用，即將退役的動(dòng)力電池用在儲(chǔ)能等其他領(lǐng)域作為電能的載體使用，從而充分發(fā)揮剩余價(jià)值；其二是拆解回收，即將退役電池進(jìn)行放電和拆解，提煉原材料，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。經(jīng)過幾年的研究探索和試點(diǎn)示范，我國(guó)動(dòng)力電池梯級(jí)利用應(yīng)用領(lǐng)域已集中在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能、通信基站備用電源、低速電動(dòng)車以及小型分布式家庭儲(chǔ)能、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、移動(dòng)充電車、電動(dòng)叉車等其他相關(guān)領(lǐng)域。2 .政策國(guó)家積極鼓勵(lì)動(dòng)力電池梯級(jí)利用，但是暫未建立起完善動(dòng)力電池梯級(jí)利用政策體系。節(jié)能與新能源汽車

2、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)，提出建立動(dòng)力電池梯級(jí)利用管理體系。2016年1月，電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)政策發(fā)布，國(guó)家明確提出要鼓勵(lì)先梯級(jí)利用后再生利用，并且支持企業(yè)開展梯級(jí)利用，不斷技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新。2016年2月份，工信部發(fā)布新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池梯級(jí)利用行業(yè)規(guī)范條件和名單管理暫行辦法。2018年1月出臺(tái)的新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法中明確國(guó)家鼓勵(lì)開展動(dòng)力電池梯級(jí)利用，綜合利用企業(yè)應(yīng)符合新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件(工業(yè)和信息化部公告2016年第6號(hào))的規(guī)模、裝備和工藝等要求，鼓勵(lì)采用先進(jìn)適用的技術(shù)工藝及裝備，開展梯次利用和再生利用。梯次利用企業(yè)應(yīng)

3、遵循國(guó)家有關(guān)政策及標(biāo)準(zhǔn)等要求，按照汽車生產(chǎn)企業(yè)提供的拆解技術(shù)信息，對(duì)廢舊動(dòng)力蓄電池進(jìn)行分類重組利用，并對(duì)梯次利用電池產(chǎn)品進(jìn)行編碼。梯次利用企業(yè)應(yīng)回收梯次利用電池產(chǎn)品生產(chǎn)、檢測(cè)、使用等過程中產(chǎn)生的廢舊動(dòng)力蓄電池，集中貯存并移交至再生利用企業(yè)。再生利用企業(yè)應(yīng)遵循國(guó)家有關(guān)政策及標(biāo)準(zhǔn)等要求，按照汽車生產(chǎn)企業(yè)提供的拆解技術(shù)信息規(guī)范拆解，開展再生利用。2018年2月發(fā)布的新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)實(shí)施方案明確在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、中部區(qū)域等選擇部分地區(qū)，開展新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作，以試點(diǎn)地區(qū)為中心，向周邊區(qū)域輻射。支持中國(guó)鐵塔公司等企業(yè)結(jié)合各地區(qū)試點(diǎn)工作，充分發(fā)揮企業(yè)自身優(yōu)勢(shì)，開展

4、動(dòng)力蓄電池梯次利用示范工程建設(shè)。2018年7月發(fā)布的關(guān)于做好新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作的通知，要求車企對(duì)動(dòng)力電池回收負(fù)主要責(zé)任，要求車企建立回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，充分發(fā)揮現(xiàn)有售后服務(wù)渠道優(yōu)勢(shì)，與電池生產(chǎn)、報(bào)廢汽車回收拆解及綜合利用企業(yè)合作構(gòu)建區(qū)域化回收利用體系。目前，各大車企已經(jīng)紛紛著手建設(shè)動(dòng)力電池回收網(wǎng)點(diǎn)，工信部新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)信息公示系統(tǒng)顯示，全國(guó)已經(jīng)有3500個(gè)動(dòng)力電池回收網(wǎng)點(diǎn)。2018年7月工業(yè)和信息化部正式發(fā)布新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定，要求建立“新能源汽車國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)”，對(duì)動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)、銷售、使用、報(bào)廢、回收、利

5、用等全過程進(jìn)行信息采集，對(duì)各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責(zé)任情況實(shí)施監(jiān)測(cè)。該規(guī)定8月1日起實(shí)施。2019年4月發(fā)布的工業(yè)和信息化部辦公廳國(guó)家開發(fā)銀行辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展的通知中明確重點(diǎn)支持開展退役新能源汽車動(dòng)力蓄電池梯級(jí)利用和再利用。3 .梯級(jí)利用與拆解的選擇國(guó)家倡導(dǎo)動(dòng)力電池梯級(jí)利用，但這僅是倡導(dǎo)并非強(qiáng)制，所以目前市場(chǎng)上對(duì)于退役動(dòng)力電池的處理，直接拆解的也有，梯級(jí)利用的也有。當(dāng)前業(yè)內(nèi)對(duì)于動(dòng)力電池是“梯級(jí)利用”還是“直接拆解”也存在不同意見。支持“直接拆解”的主要理由有：1、梯級(jí)利用技術(shù)不成熟；2、梯級(jí)利用過程中，安全問題不可控；3、梯級(jí)利用投入成本相當(dāng)高；4、隨著上游原材料鉆、鍥價(jià)格的

6、不斷上漲，直接拆解回收的資源規(guī)模化效益遠(yuǎn)大于梯級(jí)利用。當(dāng)前主流電動(dòng)汽車動(dòng)力電池主要分為磷酸鐵鋰和三元電池，磷酸鐵鋰主要用在商用車上，三元電池主要用在乘用車上。當(dāng)前主流乘用車使用三元鋰電池，安全性不好保證，梯級(jí)利用作為儲(chǔ)能使用面臨一定困難。但隨著鉆、鍥材料價(jià)格的高漲，直接拆解三元?jiǎng)恿﹄姵剡€具有盈利空間。對(duì)于磷酸鐵鋰電池而言，直接拆解不見得有資源規(guī)?；б?，而進(jìn)入梯級(jí)利用是重要方向。4 .磷酸鐵鋰和三元鋰電池比較目前的動(dòng)力電池市場(chǎng)，除了鉛酸電池外，鋰電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。二者在性能上存在一定差異。能量密度方面，磷酸鐵鋰電池的能量密度較三元鋰電池相差很多，磷酸鐵鋰電池單體能量密度通常在

7、90-120Wh/kg之間,而三元鋰電池單體能量密度可以達(dá)到200Wh/kg左右。目前新能源汽車的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)是電池包系統(tǒng)的能量密度超過105Wh/kgo安全性方面，就材料體系而言，三元鋰電池正極材料的分解溫度在200c左右，磷酸鐵鋰電池正極材料的分解溫度在700c左右。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境下短路磷酸鐵鋰電池單體，基本不發(fā)出現(xiàn)著火的情況，三元鋰電池則不然，在使用三元鋰電池時(shí)尤其要對(duì)熱管理提出較高的要求。對(duì)于整車電池包來講，安全措施更加完善與科學(xué)，通過BMSt效對(duì)鋰電池進(jìn)行管理，電池可以工作在安全的狀態(tài)下。溫度適應(yīng)性方面，高溫與常溫放電時(shí)，磷酸鐵鋰電池相與三元鋰電池差別不大，但是低溫時(shí)候磷酸鐵鋰電池比三元

8、鋰電池要遜色，三元鋰電池優(yōu)勢(shì)明顯。電池成組一致性方面，三元鋰電池性能優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。但值得注意的是較小的儲(chǔ)能領(lǐng)域一致性比較容易保證，大型儲(chǔ)能領(lǐng)域相對(duì)難得多。如果儲(chǔ)能項(xiàng)目達(dá)到兆瓦時(shí)級(jí)別，相當(dāng)于幾十輛大巴車的級(jí)別，很難做到去挑選退役電池穩(wěn)定運(yùn)行，用新電池都很難做到。一個(gè)儲(chǔ)能電站可能會(huì)有超過15萬顆電芯，大量電芯集成的一致性甚至超過車對(duì)電池的一致性要求。充電效率方面，目前市面上較為常見的充電方式為恒流恒壓式充電。一般在充電開始時(shí)先采用恒流充電，此時(shí)的電流較大，充電效率相對(duì)更高。而在電壓達(dá)到一定數(shù)值之后，降低電流改為恒壓充電，這樣可以讓電池充的比較滿一些。在這個(gè)過程中，恒流充電容量與電池總?cè)萘康谋戎?/p>

9、，稱為恒流比。它是衡量一組電池在充電過程中充電效率的關(guān)鍵數(shù)值。通常百分比越大說明在恒流階段充入的電量越高，也就證明該電池的充電效率更高。三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池在10C以下充電時(shí)，恒流比無明顯差距，10C以上倍率充電時(shí)，也就是大電流快充時(shí)，磷酸鐵鋰電池恒流比例迅速降低，充電效率迅速降低。使用壽命方面，三元鋰電池理論完成2000次充放電循環(huán)后電池容量衰減到80%，但在實(shí)際使用中，當(dāng)進(jìn)行900次的充放電循環(huán)后，電池容量就基本衰減到了55%但如果每次電池充放電都控制在0%-50喊者25%-75%勺循環(huán)中工作，即使經(jīng)過3000次的充放電循環(huán)，電池容量基本還能能夠保持在70%£右，但這需要非常

10、優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)(BMS。磷酸鐵鋰電池：磷酸鐵鋰電池即使是經(jīng)過3000次0-100%的充放電使用，容量也才會(huì)衰減到80%所以磷酸鐵鋰電池的電池管理系統(tǒng)就沒那么復(fù)雜。5 .梯級(jí)利用的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于退役的動(dòng)力電池，并不是簡(jiǎn)單組合起來就能用，目前以PACK但池包，即多級(jí)串并聯(lián)電池構(gòu)成模組)+BMS但池管理系統(tǒng))為主的梯次利用技術(shù)是較為主流的選擇。退役動(dòng)力電池的梯次利用通常包括以下步驟：(1)電池回收；(2)電池組拆解獲得電池單體；(3)篩選出可使用的電池單體；(4)電池單體配對(duì)重組成電池組；(5)系統(tǒng)集成與運(yùn)行維護(hù)。檢測(cè)和篩選環(huán)節(jié)是梯次利用的關(guān)鍵。由于回收動(dòng)力電池的不一致性，進(jìn)行梯次利用時(shí)需要對(duì)其的

11、剩余使用價(jià)值和健康狀態(tài)進(jìn)行大量的檢測(cè)，對(duì)于使用情況類似、可以成組的電池進(jìn)行篩選。止匕外，在電池一次使用期間，BMS檢測(cè)系統(tǒng)能夠記錄較為完整的充放電運(yùn)行數(shù)據(jù)，有助于在其退役時(shí)準(zhǔn)確評(píng)估其剩余工作量，降低退役電池檢測(cè)成本。檢測(cè)篩選環(huán)節(jié)需要綜合應(yīng)用軟件技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、制程工藝等，涉及光、機(jī)、電等跨行業(yè)多學(xué)科技術(shù)，技術(shù)門檻非常高，另外由于最早迎來報(bào)廢期的一批電池在設(shè)計(jì)之初就沒有考慮到報(bào)廢后梯次利用的問題，動(dòng)力電池存在尺寸不統(tǒng)一，型號(hào)參差不齊，編碼、記錄不完善等問題，動(dòng)力電池全生命周期也無法追溯，導(dǎo)致電池梯次利用存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)正處于起步階段，如先導(dǎo)智能的子公司泰坦新動(dòng)力、星云股份是國(guó)內(nèi)鋰電檢測(cè)

12、領(lǐng)域的龍頭。系統(tǒng)集成（PACK環(huán)節(jié)所面臨的也是不同類型的電芯集成。PACK工序分為加工、組裝、包裝三大部分，其核心是將多個(gè)單一的電芯通過機(jī)械結(jié)構(gòu)串聯(lián)和并聯(lián)起來形成電池包。動(dòng)力鋰電池電芯包括軟包、鋼殼/鋁殼方體、圓柱形等，種類繁多，尺寸不一，且各類電芯標(biāo)稱容量、開路電壓、電阻及電梯各異。具體操作過程中由于需要考慮整個(gè)電池包的機(jī)械強(qiáng)度、系統(tǒng)匹配等問題，需要涉及熱管理、電流控制與檢測(cè)、模組拼裝設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)虛擬開發(fā)等大量的成熟技術(shù)相互交叉協(xié)作，是梯次利用過程中的高門檻環(huán)節(jié)。目前集成環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化不足，自動(dòng)化率較低。BM為管理系統(tǒng)、控制、顯示、通信、信息采集模組的集合，起到了銜接整車、電池和整個(gè)電池系統(tǒng)的

13、紐帶作用，BMSt池管理系統(tǒng)的主要功能是智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，并實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)，從而起到保護(hù)電池使用壽命的作用。對(duì)于電池廠商而言，BMSft現(xiàn)了廠商的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，而對(duì)于動(dòng)力電池梯次利用而言，BMSM決定了再利用電池的適用范圍、壽命和整體價(jià)值。另外，按照國(guó)家規(guī)定一般都是滿五年或者是跑了八萬公里或是最關(guān)鍵的指標(biāo)（額定容量）低于正常容量的80戒后要被退下來。之后最容易出現(xiàn)的問題是單體電壓的電壓差會(huì)拉得越來越大，很容易觸發(fā)內(nèi)部的BMS呆護(hù)導(dǎo)致車無法運(yùn)行，運(yùn)行四五年之后車上的動(dòng)力電池必須要退下來。但這里邊有個(gè)時(shí)間問題，即2017年拿到的退役動(dòng)力電池基本上是201

14、2年和2013年左右投運(yùn)的，當(dāng)時(shí)動(dòng)力電池的制造水準(zhǔn)和現(xiàn)在是完全不一樣，電池有50%-60知用就不錯(cuò)了，報(bào)廢比例非常高，而且之前的電池管理系統(tǒng)也并不先進(jìn)。梯級(jí)利用難度很大。但是現(xiàn)在回收的動(dòng)力電池基本為2014年和2015年之后生產(chǎn)的電池，質(zhì)量有了很大提升，大概80%勺電池可以重新利用，并且電池管理系統(tǒng)也成熟了很多，梯級(jí)利用難度也在減小。關(guān)于一致性問題，目前做儲(chǔ)能的廠家提出組用分布式的概念，把整車退役的動(dòng)力電池作為一個(gè)基本的儲(chǔ)能單元利用，最大限度保證電池組原有狀態(tài)和一致性不變，然后配上一臺(tái)中小功率的過程控制系統(tǒng)（PCS,加上合適的監(jiān)控單元構(gòu)成一個(gè)基本的儲(chǔ)能單元，再并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個(gè)功率不等的儲(chǔ)能

15、功率系統(tǒng)。由于動(dòng)力電池設(shè)計(jì)之初就考慮了一致性問題，并且配備了電池管理系統(tǒng)。退役的電池并不是損壞無法使用，而是整體容量不足，所以整套利用時(shí)一致性問題不大。因?yàn)橥艘垆囯姵氐胶笃诓荒苡?，關(guān)鍵原因就是在大電流充放電的情況下，單體電池電壓跳的非常厲害，所以使用時(shí)候一定要讓電池電流控制在0.24C以下甚至更小，這樣才能保證最高電壓差和最低電壓差控制在合理的范圍內(nèi)，延長(zhǎng)使用壽命。目前梯級(jí)利用大多是小廠家在做，將電池再用于小儲(chǔ)能、電動(dòng)自行車/摩托車等領(lǐng)域。正規(guī)大廠家批量處理退役動(dòng)力電池來梯級(jí)利用的不多。業(yè)內(nèi)的看法是，如果需要從大量報(bào)廢動(dòng)力電池中去篩選、去檢測(cè)，再拿來梯級(jí)利用，耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力太大，經(jīng)濟(jì)預(yù)期

16、可能并不美好。如果電池包模塊化，把退役動(dòng)力電池包中的BMSR據(jù)統(tǒng)一導(dǎo)出來，直接知道電池處于什么狀態(tài)，不需要拆解就可以直接拿去梯級(jí)利用?，F(xiàn)在國(guó)家在規(guī)范動(dòng)力電池的尺寸，鼓勵(lì)電池包模塊化設(shè)計(jì)，新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法中也明確提到對(duì)廢舊動(dòng)力蓄電池進(jìn)行分類重組利用，并對(duì)梯次利用電池產(chǎn)品進(jìn)行編碼，這將會(huì)為梯級(jí)利用節(jié)省很大成本。6 .應(yīng)用案例退役動(dòng)力電池可以梯級(jí)利用到通信基站、儲(chǔ)能、低速車、路燈等多個(gè)領(lǐng)域，但鑒于成本、安全等多重因素，目前真正有一定規(guī)模應(yīng)用的僅有中國(guó)鐵塔的通信基站。中國(guó)鐵塔于2015年開始探索動(dòng)力電池回收及循環(huán)利用，先期組織9個(gè)?。ㄊ校┓止?、10個(gè)廠商建設(shè)了57個(gè)試驗(yàn)站點(diǎn)，

17、測(cè)試站點(diǎn)地域范圍覆蓋全國(guó)大部分地區(qū)、主要的基站類型。經(jīng)過近兩年的跟蹤，測(cè)試站點(diǎn)運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)表明梯級(jí)電池應(yīng)用于通信基站領(lǐng)域具有良好的可行性。在前期試點(diǎn)基礎(chǔ)上，于2017年6月啟動(dòng)更大規(guī)模試點(diǎn)，陸續(xù)在廣東、福建、浙江、上海、河南、黑龍江、遼寧、山東、天津、山西、四川、云南12個(gè)?。ㄖ甭?市）11000多個(gè)站址開展梯級(jí)電池替換現(xiàn)有鉛酸蓄電池的試點(diǎn)。2018年年初鐵塔公司與重慶長(zhǎng)安、比亞迪、銀隆新能源、沃特瑪、國(guó)軒高科、桑頓新能源等16家企業(yè)簽訂了新能源汽車動(dòng)力電池回收利用戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議。目前中國(guó)鐵塔采購(gòu)梯次利用鋰電池主要有三種模式：一是重新組裝。即指將回收的退役動(dòng)力電池包拆散，對(duì)每顆鋰電芯進(jìn)行剩

18、余容量等性能評(píng)估，根據(jù)測(cè)試結(jié)果將容量相當(dāng)?shù)匿囯姵刂匦鲁山M組裝，制作成標(biāo)準(zhǔn)的48V通信基站PACK目前，這個(gè)工作主要由電池廠和PACKT兩類企業(yè)承擔(dān),尤其以后者居多。初步統(tǒng)計(jì)，中國(guó)鐵塔合作的電池及PACKT約達(dá)20家。二是直接組合電池模組。囿于各家整車廠細(xì)分市場(chǎng)、車型的不同，動(dòng)力電池及PACKT對(duì)電池包的容量、大小等均有訂制化的設(shè)計(jì)。一般來說，電池模組主要分為4節(jié)、8節(jié)、12節(jié)三種類型。在鋰電池一致性較高的前提下，電池廠或PACKT會(huì)根據(jù)電池模組類型進(jìn)行直接組合，比如8+8、12+44+4+4等。目前這種模式以比亞迪為主導(dǎo)，除過自己承擔(dān)部分PACK比亞迪也會(huì)釋放一部分電池至市場(chǎng)，這將由其他PAC

19、KT采購(gòu)消納，然后再進(jìn)行成組售賣，中國(guó)鐵塔也是其中的顧客之一。三是整包使用。即指在采購(gòu)?fù)艘蹌?dòng)力電池包后直接使用，不再拆散重組，不會(huì)組合。目前，這種模式還停留在試點(diǎn)摸索階段。阻礙原因在于：電池包的生命周期經(jīng)濟(jì)性還未能判定，基于使用壽命和更換維護(hù)成本二者的考量，中國(guó)鐵塔在該模式上還比較謹(jǐn)慎。由于國(guó)內(nèi)鋰電池尺寸不一，型號(hào)多樣，這類模式電池包的組裝要達(dá)到中國(guó)鐵塔梯次利用的場(chǎng)景要求，便對(duì)BMS（電池管理系統(tǒng)）廠家提出較高技術(shù)要求。目前，前兩種模式已經(jīng)批量使用，第三種模式中國(guó)鐵塔也在摸索中。目前阻礙梯級(jí)利用的一大障礙是電壓不匹配。48V是通信行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，通信基站的主設(shè)備只能接受48V的電壓。所以基站里采用

20、的都是48V電池，成組方式通常是4個(gè)12V,也可以是2個(gè)24V,而退役動(dòng)力電池是不規(guī)則的，如果硬要將32V、36V等電壓不規(guī)則的模組用于梯級(jí)利用，只有將這些模組拆解后，再將單體電芯PAC瞰組以達(dá)到48V標(biāo)準(zhǔn)，但這種做法將導(dǎo)致成本過高且會(huì)產(chǎn)生不良率。另一種方法是，采用雙向轉(zhuǎn)換電壓的DCDCI源，充電時(shí)轉(zhuǎn)成36V充電，放電開壓到48V給基站。這種方式雖然能夠解決電壓兼容的問題，但會(huì)降低電池的可靠性，目前處于嘗試階段。退役電池模組如果能夠無縫、不用拆解地能進(jìn)到鐵塔基站，相對(duì)而言更具有可行性和經(jīng)濟(jì)性，但要首先解決輸出電壓?jiǎn)栴}。目前鐵塔對(duì)于梯級(jí)電池利用比較開放，先不做篩選而直接使用，計(jì)劃等使用量達(dá)到一定規(guī)模，積累完數(shù)據(jù)后再設(shè)置門檻。而為防患問題的出現(xiàn)，具會(huì)在BM昉面提出要求必須接入后臺(tái)系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題，就能立刻發(fā)現(xiàn)進(jìn)行處理。近期，鐵塔公司又在廊坊新建立了一個(gè)新能源站梯次電池試點(diǎn)，新基站綜合運(yùn)用了“光伏、塔、機(jī)房一體化”、“動(dòng)力電池梯次利用”、“削峰填谷”“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”、“分戶計(jì)量”、