動(dòng)力電池梯次利用

對(duì)于新能源汽車產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，如何降低電池的成本是一個(gè)核心的問(wèn)題。這個(gè)成本不僅僅是BOM成本，其實(shí)也包含后續(xù)質(zhì)保期內(nèi)的維修，質(zhì)保期外的維護(hù)還有最終回收利用的責(zé)任，這個(gè)跨度時(shí)間長(zhǎng)到?jīng)]有車企有足夠的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)對(duì)鋰電池全壽命周期的妥善措施。

第一部分梯次利用和拆解回收

汽車企業(yè)對(duì)新能源汽車的考慮，其實(shí)不僅僅是BOM成本多少錢，制造成本多少錢，最終也需要考慮電池最終處理回收成本是多少錢。在全球的混合動(dòng)力市場(chǎng)上，豐田和本田這兩家日本公司走的是最為前列的，其基本策略都是設(shè)計(jì)成很長(zhǎng)的電池車載使用壽命（8年以上）然后隨著車輛的更換電池或者報(bào)廢，將電池直接進(jìn)入拆解回收的通道。

我們來(lái)分析豐田和本田的處理過(guò)程，其基本考慮如下：

1）HEV強(qiáng)混電池的能量為1kwh左右，屬于功率型電池，本身的SOC使用區(qū)間很小，所以在車上使用的時(shí)間就很長(zhǎng)

2）兩家日本企業(yè)不能保證這些功率型的電池妥善的梯次利用，因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)基本和這些功率型的鎳氫電池沒(méi)大的直接關(guān)系，所以直接拆解是比較妥善的辦法

3）兩家企業(yè)，也可能會(huì)對(duì)其PHEV的鋰電池做一些后續(xù)別的處理過(guò)程

圖1本田的電池處理過(guò)程

圖2豐田的電池處理過(guò)程

從整體上來(lái)說(shuō)，梯次利用和資源再生的拆解利用，是一類企業(yè)，只是根據(jù)電池的實(shí)際的情況可以有不同的處理分類，其在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈里面起到電池污染守門員的作用，電池企業(yè)、車輛壽命周期內(nèi)和車輛壽命周期之外的電池組，都需要有個(gè)妥善的去處，這個(gè)就是未來(lái)定義的電池處理企業(yè)。

第二部分處理的模式

從2013～2015這段產(chǎn)業(yè)化的推廣來(lái)看，主要的鋰電池的流向是商用車和部分乘用車。以比亞迪為例，包含乘用車和商用車的秦、唐和K9，其本身的電池單體、電池成組和電池的使用預(yù)期都是不一樣的。在商用車領(lǐng)域，有趣需要注意一個(gè)有趣的問(wèn)題，值得大家探索的是，其實(shí)由于地方政府的干預(yù)，哪怕是同一家的車輛，其電池在地域上分布是不同的；不同廠家的車輛在某地的電池幾乎使用是相同的，這造就了中國(guó)一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，地區(qū)的電池系統(tǒng)在各家車企之內(nèi)在維護(hù)這塊往往是可以互通的，電池的梯次利用和回收其實(shí)也是一樣的，電池的本體是某幾家供應(yīng)的。

圖3新能源汽車電池流轉(zhuǎn)示意圖

我們可以假設(shè)有幾種模式來(lái)處理這個(gè)：

1）統(tǒng)一處理：類似電池生產(chǎn)企業(yè)的模式，蓋大型的處理工廠，將某家企業(yè)的全國(guó)的廢舊電池進(jìn)行統(tǒng)一處理。

a.好處：是同一家的電池，企業(yè)責(zé)任比較好界定，對(duì)私人和大客戶比較喜歡簡(jiǎn)單的模式，你做的你收

b.壞處：廢舊電池在全國(guó)的運(yùn)輸成本和風(fēng)險(xiǎn)很高，梯次利用后再發(fā)往使用地的同樣面臨這個(gè)問(wèn)題。

2）以推廣應(yīng)用地（核心城市）為單位的，覆蓋地區(qū)的梯次利用和拆解點(diǎn)：在這種模式下，將部分回收

a.好處：就近處理，避免更大的風(fēng)險(xiǎn)，將電池處理和車輛報(bào)廢放在一起

b.壞處：需要推廣城市牽頭處理這個(gè)事，原則上責(zé)任不是特別清楚；所需的成本相對(duì)高一些

這里的核心問(wèn)題，還是電池多久退下來(lái)，本質(zhì)上梯次利用和廢舊處理的模式的處理方法是不同的，前者是根據(jù)原有電池的健康狀態(tài)做出評(píng)估，給予比較充分的使用考慮，重構(gòu)一套基于舊電池的使用控制策略，是一種價(jià)值的利用；后者類似于垃圾回收了，回收里面的有用金屬，將電池里面的有害物質(zhì)做處理，其價(jià)值是持平，主要是保證電池壽命中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生過(guò)大的危害。

梯次利用的主要目標(biāo)是 ：

1.48V通信備份電池：這是目前鐵塔公司主導(dǎo)的模式。

2.太陽(yáng)能分布電池：風(fēng)能的波動(dòng)太大，相對(duì)而言太陽(yáng)能的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)比較可行一些，一定程度的梯次利用有益于解決分布式發(fā)電隨機(jī)性波動(dòng)所面臨的一些列并網(wǎng)和調(diào)度難題

3.直流充電站充電蓄電池：平滑直流充電站的功率需求

4.UPS電池：這塊與鉛酸電池的競(jìng)爭(zhēng)，勝算不大

第三部分信息傳遞

梯次利用如果按照正常的電池分選數(shù)據(jù)處理，電池包拆開(kāi)，模組拆開(kāi)，模組重組，光是緊固件和電連接所要解決的多樣性問(wèn)題就夠梯次利用的企業(yè)不愿意干了，梯次利用的核心問(wèn)題在于電池的數(shù)據(jù)信息如何傳遞。

一般意義上來(lái)說(shuō)動(dòng)力電池的壽命周期的信息包括:

1.電池生產(chǎn)過(guò)程中的信息主要包含電池廠的出廠的過(guò)程數(shù)據(jù)（容量、自放電和內(nèi)阻）

2.車輛運(yùn)行過(guò)程中BMS中記錄的信息

a.車唉的BMS會(huì)根據(jù)自己的算法對(duì)電池的狀態(tài)做出計(jì)算，通常會(huì)給Telematics車聯(lián)終端模塊（車廠的信息數(shù)據(jù)庫(kù)）

b.目前地方政府如上海有要求，將20%私家車和更多的公家的車輛會(huì)記錄在運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)里面（新能源信息中心）

一般意義上的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是以安全為導(dǎo)向的，如果涉及到動(dòng)力電池的退役我們應(yīng)該提取哪些數(shù)據(jù)，其實(shí)是需要不斷的實(shí)驗(yàn)和分析的。

圖4新能源汽車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)概覽

1）VIN車輛對(duì)應(yīng)的電池包的BMS計(jì)算出來(lái)的SOC

2）更為細(xì)致的隨著記錄過(guò)程的單體VIT信息

3）SOC記錄的SOH信息（內(nèi)阻、容量）

圖5典型的車聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和方案

所以系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，梯次利用的解決方案是從車聯(lián)系統(tǒng)中的電池?cái)?shù)據(jù)庫(kù)里面，可以根據(jù)已經(jīng)算出的參量和部分原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行回歸性分析，根據(jù)IT網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和BMS車載算法結(jié)合的方式來(lái)判斷車輛電池是需要維修還是需要退役。這么做的好處，就是每個(gè)單體和模組在下車之前就有考慮，進(jìn)行服務(wù)器虛擬分組，配合之后再做個(gè)實(shí)驗(yàn)就可以了。有限順序?yàn)椋?/span>

1）模組配對(duì)

2）模組拆解配對(duì)

3）模組配合方案

4）重組之后的系統(tǒng)測(cè)試

整個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)還是在電池規(guī)劃前期的內(nèi)容：

1）經(jīng)濟(jì)性分析，對(duì)模組現(xiàn)有的參數(shù)差異和可用的SOC范圍進(jìn)行判斷，預(yù)先分組看看是用在UPS電源、還是直流充電樁功率緩沖還是基站或其他通信相關(guān)的后備電源。

2）模型化分析：對(duì)整個(gè)模型，特別是80%之后的SOC窗口影響的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析。這里動(dòng)力電池的窗可能開(kāi)到85%，后續(xù)是開(kāi)個(gè)40%就不錯(cuò)了，整個(gè)內(nèi)阻上升都需要進(jìn)行分析

從安全上考慮，梯次利用在使用上，導(dǎo)入電力電子的并聯(lián)平滑控制更好一些，Boost電路本身也能給完全關(guān)掉部分模組，梯次的電池是不能以好電池來(lái)對(duì)待的。為了進(jìn)一步的考慮，最大的程度上，還是從系統(tǒng)上找到使用的方案。夏軍兄在《動(dòng)力電池梯次利用》一文中的項(xiàng)目梳理，值得我們繼續(xù)跟蹤這些項(xiàng)目的實(shí)際的情況并予以改進(jìn)。

1.4REnergy公司（日產(chǎn)汽車和住友集團(tuán)合資）：使用Leaf汽車的二手電池用于住宅和商用的儲(chǔ)能設(shè)備。

2.FreeWire：使用舊的LEAF電池做電動(dòng)汽車充電寶產(chǎn)品（MobiCharger），自動(dòng)化小車配置電池組和逆變器，主要面向停車場(chǎng)等工作區(qū)域。

3.博世集團(tuán)：利用寶馬的ActiveE和i3純電動(dòng)汽車退役的電池建造2MW/2MWh的大型光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)。

4.NREL：進(jìn)行插電式混合動(dòng)力汽車及純電動(dòng)汽車用鋰離子電池二次利用的研究，提出淘汰電池可以用在風(fēng)力發(fā)電、光伏電池、邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電源等。

5.通用公司與ABB：聯(lián)合開(kāi)展了車載鋰電池（Volt）再利用的調(diào)查與研究，包括智能電網(wǎng)方面，如用來(lái)存儲(chǔ)太陽(yáng)電池系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等所產(chǎn)生的電力。

小結(jié)：

1）梯次利用實(shí)在徹底回收之前的延續(xù)電池價(jià)值的事情，一定是安全和低成本的手段，這倆是矛盾體，所以企業(yè)之間的信息傳遞就非常關(guān)鍵。

2）整個(gè)模式，誰(shuí)用誰(shuí)做誰(shuí)的責(zé)任，非常關(guān)鍵。