中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著新能源汽車的發(fā)展，動(dòng)力電池的“善后”工作也逐漸進(jìn)入了人們視線。電池回收與梯次利用，成為了近幾天電池界的熱門話題。什么叫梯次利用呢？南孚電池的廣告里所說的：“把玩具里拆下來的電池，放到遙控器里接著用?！本褪堑湫偷奶荽卫媚Ｐ?。
電池回收處理掉就好了，為什么梯次利用呢。有以下三個(gè)原因：
第一，鋰電池成本在新能源汽車成本中，占有較高比重。鋰電池成本過高，是制約新能源汽車發(fā)展的一個(gè)重要因素。鋰電池正常的使用壽命可能只有三到五年，通過梯次利用，延長鋰電池的壽命，可達(dá)到降低成本的目的。
第二，如果將到達(dá)使用壽命的鋰電池，直接淘汰，會(huì)造成很大的浪費(fèi)。比如2014年當(dāng)年，新能源汽車的銷售量為7萬輛，未來五年，以這個(gè)速度增長的話，到2020年，新能源汽車的保有輛將超過40萬輛。如果平均單臺(tái)車配備20kWh的動(dòng)力電池，衰減后，平均每輛車的容量仍然有15KWh的話，即使只回收了一半，就相當(dāng)于回收了3000MWh的電池。如果這些電池都進(jìn)入了垃圾桶，實(shí)在是一筆很大的浪費(fèi)。
第三，對(duì)于儲(chǔ)能市場(chǎng)而言，成本同樣是制約產(chǎn)業(yè)商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此對(duì)于低成本的儲(chǔ)能方案的需求也非常迫切，如果能通過梯次利用得到低成本的電池解決方案，對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展也是非常有利的。
電池梯次利用的可行性問題，有過不止一次的論證。
首先，動(dòng)力電池是成組使用的，可能會(huì)由于幾支電芯的失效，而使得整組電池?zé)o法使用。這就意味著，這個(gè)電池組中，仍有一些電芯的性能是正常的。
其次，很多機(jī)構(gòu)對(duì)回收的電池，做了大量的數(shù)據(jù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，很多退役動(dòng)力電池，不論從容量、性能和循環(huán)壽命上看，仍有著尚可的表現(xiàn)。
這一切，都為動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)角度上的可行性提供了堅(jiān)實(shí)的證據(jù)。
在國內(nèi)外，梯次利用也是一個(gè)正處于研究過程中的狀態(tài)，雖然有一些梯次利用的案例，但是這些案例多是示范性質(zhì)的。比如北京市科委的“電動(dòng)汽車鋰離子電池系統(tǒng)全生命周期利用技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目組利用退役的動(dòng)力電池，在電動(dòng)場(chǎng)地車、電動(dòng)叉車和電力變電站直流系統(tǒng)上進(jìn)行改裝示范，經(jīng)實(shí)測(cè)回收電池性能上相比傳統(tǒng)鉛酸電池有一定優(yōu)勢(shì)，且經(jīng)濟(jì)性較好。
日本的4R Energy株式會(huì)社將回收的電池應(yīng)用于儲(chǔ)能，開發(fā)了標(biāo)稱功率分別為12、24、48、72、96kW的家用和商用儲(chǔ)能產(chǎn)品。這家公司是由日產(chǎn)和住友電工合資成立的，所以聆風(fēng)電動(dòng)車上退役的動(dòng)力電池是他們主要的回收對(duì)象。美國的杜克能源、EnerDel、日本的伊藤忠商事，也在回收容量低于80%的退役電池，推廣家用儲(chǔ)能設(shè)備。
在這里要重點(diǎn)提一下美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)開展的鋰電池梯次利用的研究項(xiàng)目，其中指出了車用鋰電池在回收過程中的價(jià)值評(píng)估問題。一般的說，車用鋰電池回收應(yīng)用場(chǎng)合多實(shí)在電力系統(tǒng)(包括并網(wǎng)型和離網(wǎng)型)、家用和商用儲(chǔ)能系統(tǒng)以及一些移動(dòng)儲(chǔ)能方面，并指出了二次電池若要保證經(jīng)濟(jì)性，一定要保證應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的領(lǐng)域，同時(shí)也需要與電池使用條件相對(duì)匹配。
其他諸如加州理工大學(xué)、美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了大量的研究，主要針對(duì)不同體系電池二次利用的性能表現(xiàn)、電池的可靠性、電池的成本等方面做了大量的研究，由于篇幅問題，在此就不再贅述了。
如果給動(dòng)力電池的梯次利用安排一個(gè)關(guān)鍵詞，那么就是“研究”，目前梯次利用就是處于“研究”階段，主要是基于各種模型、各種實(shí)驗(yàn)、各種假設(shè)、各種計(jì)算以及小規(guī)模商業(yè)或工程示范的線索。那么電池梯次利用過程中，到底遇到了什么問題？我撿幾個(gè)主要的說一下：
一、壽命是個(gè)謎
雖然在動(dòng)力和儲(chǔ)能市場(chǎng)，都會(huì)用電池(組)全生命周期內(nèi)能提供的總能量來描述電池的壽命，卻有著不同的意義。動(dòng)力電池中，這個(gè)容量意味著電動(dòng)汽車的總行駛里程，但是在儲(chǔ)能市場(chǎng)，則意味著電池的使用時(shí)間，是10年?15年？還是20年？可以看出儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池最大的區(qū)別是要求長時(shí)間的運(yùn)行，為了延長電池壽命，儲(chǔ)能電池組往往始終保證在20%-90%的工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行的，國外很多儲(chǔ)能項(xiàng)目的案例就是這么做的。即使如此，也不能保證每一塊儲(chǔ)能電池都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。二次利用的動(dòng)力電池在服役期間，根本無法保證在20%-90%放電區(qū)間能運(yùn)行，而且根據(jù)實(shí)際路況不同，可能會(huì)頻繁出現(xiàn)大倍率放電的場(chǎng)景，再加上現(xiàn)在時(shí)興的快速充電技術(shù)，每一項(xiàng)都可能對(duì)動(dòng)力電池造成不可預(yù)知的傷害，雖然電池在測(cè)試性能(如電壓和阻抗)和容量上可以達(dá)到儲(chǔ)能電池的要求，但是二次服役的實(shí)際壽命到底能達(dá)到多少年，可能沒有人能夠知道。
二、成本仍然是敏感問題
如果讓儲(chǔ)能市場(chǎng)選擇退役的動(dòng)力電池，就需要這些電池?fù)碛凶銐虻膬r(jià)格優(yōu)勢(shì)。相應(yīng)的，如果想通過二次利用進(jìn)一步降低鋰電池的使用成本，那么定價(jià)中既要包括電池的回收拆解分選的成本，也要包括對(duì)對(duì)電池初次使用中成本的攤銷。電池在回收、檢測(cè)、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、二次成組等等，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是成本項(xiàng)，這些項(xiàng)目的實(shí)際成本，可能與經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測(cè)的成本有非常大的差別。在沒有補(bǔ)貼機(jī)制保證的前提下，梯次利用的電池成本是否真的能被儲(chǔ)能市場(chǎng)所接受，還有待驗(yàn)證。
三、技術(shù)問題還很多
第一電動(dòng)轉(zhuǎn)載了一篇文章，文章標(biāo)題為《動(dòng)力鋰電池梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)》，文章里描述了電池梯次利用關(guān)鍵技術(shù)是雙向DC\DC轉(zhuǎn)換器及其數(shù)控軟件。此外，我想談?wù)勲姵靥荽卫眠^程中還可能遇到的其他問題。
在廢舊電池回收處理中，首先要將電池進(jìn)行失效和拆解。所謂失效，就是讓電池喪失所有電量，保證拆解過程的安全。對(duì)小型電池而言，失效可能就是將正負(fù)極短接，將余電放凈。工業(yè)化生產(chǎn)中，則使用液氮通過冷凍的方式讓電池失效。梯次利用的要求正好相反，要求電池拆解下來是完好的。退役的動(dòng)力電池生產(chǎn)廠商繁多，型號(hào)紛雜，即使相同廠家、相同型號(hào)的電芯，如果來自不同成型，其成組方式和結(jié)構(gòu)也可能有較大的區(qū)別。因此，其中相當(dāng)一部分工作，可能需要借助手工來完成，工人的技能水平可能會(huì)影響著電池回收過程中的成品率。同時(shí)，這種拆解過程中也存在安全隱患。
完成電池拆解后，如何對(duì)電池進(jìn)行評(píng)價(jià)呢？在研究過程中，科研人員使用各種先進(jìn)的儀器和方法對(duì)退役電池做了大量的檢測(cè)，來評(píng)價(jià)其好壞。在生產(chǎn)過程中，動(dòng)力電池出廠時(shí)，往往也會(huì)通過抽樣的方法，完成嚴(yán)格出廠測(cè)試(包括性能、壽命、熱穩(wěn)定性、安全性等等)。梯次利用的電池，可能在這個(gè)環(huán)節(jié)上比較尷尬。首先，電池量相對(duì)較大，我們無法面面俱到的，首先在時(shí)間和成本上是不容許的，其次面面俱到的檢測(cè)，可能也會(huì)對(duì)電池本身造成進(jìn)一步的傷害。如果抽樣檢測(cè)，那么這種回收電池的抽樣是否具有統(tǒng)計(jì)意義也是有待商榷的。
當(dāng)電池檢測(cè)、篩選(根據(jù)電池容量、電壓、自放電、內(nèi)阻等特性進(jìn)行分組)順利完成之后，就面臨著二次成組的問題。所謂二次成組，就是把回收的電芯，再一次設(shè)計(jì)，組成Pack，滿足客戶的要求。這個(gè)環(huán)節(jié)，就牽扯到電池Pack的重新設(shè)計(jì)，加工，組裝的過程。而且可能由于回收的電芯來自于不同的廠家，或規(guī)格不同，那么意味著Pack設(shè)計(jì)可能需要多個(gè)設(shè)計(jì)方案，會(huì)增加設(shè)計(jì)成本和加工成本。
電池組經(jīng)過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和并在現(xiàn)場(chǎng)順利安裝完畢后，更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)來臨了！這些從“五湖四?！眳R聚而來的電池們，你將如何去管理它們？這時(shí)候關(guān)鍵技術(shù)DC\DC可能會(huì)發(fā)揮效力，但是由于被管理的電池組內(nèi)阻特性、電化學(xué)特性、熱特性都都不盡相同，讓本是世界級(jí)難題的BMS開發(fā)更是難上加難。
除了壽命和技術(shù)問題以外，還有許多的問題有待解決。比如電池售后問題，電池梯次利用退役后的電池回收處理問題，電池梯次利用的收益分享問題，是給電動(dòng)車用戶、電池生產(chǎn)廠家電池回收企業(yè)，還是幾家去分配……電池回收誰來負(fù)責(zé)，誰來承擔(dān)，是儲(chǔ)能企業(yè)還是動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)……
電池梯次利用應(yīng)用于規(guī)模儲(chǔ)能還有很長的路要走，但是我認(rèn)為分散的、小規(guī)模的梯次利用可能更有實(shí)際意義。比如自家的新能源汽車，淘汰下的電池，稍加改裝，成為自家的“移動(dòng)充電寶”，或者像特斯拉能源墻一樣，成為小規(guī)模分布式儲(chǔ)能的一部分，也許是更容易實(shí)現(xiàn)的。
