隨著新能源車推廣普及的程度逐步加大，未來的動力電池將面臨大規(guī)模退役的問題。2020年，最早推廣的一批新能源車型即將退役，預(yù)計今年的退役規(guī)模將達(dá)到25GWh（約20萬噸）。如何利用好、管理好此等規(guī)模的廢舊動力電池，值得全社會共同思考。

在我國政府的大力推廣下，中國已經(jīng)多年蟬聯(lián)全球最大的新能源汽車市場，同時也是新能源動力電池最大的生產(chǎn)國家。根據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應(yīng)用分會研究部發(fā)布的報告顯示，2019年我國動力電池裝機(jī)量約62.2GWh，同比增長9.3%。隨著新能源車推廣普及的程度逐步加大，未來的動力電池將面臨大規(guī)模退役的問題。2020年，最早推廣的一批新能源車型即將退役，預(yù)計今年的退役規(guī)模將達(dá)到25GWh（約20萬噸）。如何利用好、管理好此等規(guī)模的廢舊動力電池，值得全社會共同思考。

1、廢舊動力電池回收利用階段劃分

當(dāng)動力電池不能完全滿足車用需求時，可以應(yīng)用于其他場景，繼續(xù)發(fā)揮其功能，做到資源利用的最大化。根據(jù)電池性能衰退程度，可將回收利用大體分為四個階段，從第一階段向下級延伸，直至完全不能滿足各場景的使用要求后，進(jìn)入第四階段，即再生利用環(huán)節(jié)。

第一階段的電池可應(yīng)用于對放電功率要求稍低的低速電動車、電動三輪車等移動、復(fù)雜工況場景；第二階段的電池可應(yīng)用于電網(wǎng)等對電池性能要求較低的儲能場景；第三階段的電池主要為低端儲能場景，如家庭儲能、充電寶等；第四階段的電池將被再生利用，回收金屬元素。

前三個階段的動力電池為梯次利用環(huán)節(jié)，能否提升梯次利用的經(jīng)濟(jì)性，是提升電池全生命周期價值的重中之重。

2、梯次利用電池的處理流程

首先判定其是否可整包應(yīng)用，如性能良好，并能滿足相應(yīng)場景要求，則整包進(jìn)入梯次利用環(huán)節(jié)。如不能整包利用，則拆解模組，分選出性能良好的模組，對其進(jìn)行重組后進(jìn)入使用環(huán)節(jié)。對不能滿足要求的模組進(jìn)一步拆分到單體，挑選能夠梯次利用的單體進(jìn)行二次重組。

3、典型梯次利用場景及其工況要求

梯次利用場景多種多樣，每種場景都有與之相對應(yīng)的使用要求。本文將針對典型應(yīng)用場景進(jìn)行重點(diǎn)研究，并分析廢舊動力電池在各場景下的梯次利用難易程度。

3.1 通信用備用電源使用場景

通信基站出于安全方面的考慮，對電池材料進(jìn)行了限制，僅使用磷酸鐵鋰電池。電池分為分立式和集成式兩種，兩者的區(qū)別在于電池模塊與電池管理系統(tǒng)是否集成為一體。廢舊電池在這兩種形式的電源上均能實(shí)現(xiàn)梯次利用，對比兩種電源的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（YD/T?2344.1—2011 通信用磷酸鐵鋰電池組?第1部分：集成式電池組、YD/T 2344.2-2015 通信用磷酸鐵鋰電池組 第2部分：分立式電池組），可以看出兩者僅在循環(huán)壽命的要求上存在較大差異，其他指標(biāo)要求幾乎相同。

通過對比車用動力電池和通信基站備用電源的試驗(yàn)內(nèi)容及方法，不難發(fā)現(xiàn)，車用動力電池退役后，如果僅是剩余容量發(fā)生了變化，其他性能衰退不嚴(yán)重的情況下，只需重點(diǎn)在容量保持率、電池組一致性、深度放電等方面通過相關(guān)檢測后就能在通信基站備用電源領(lǐng)域應(yīng)用。

表2 車用和基站用電池的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法對比

3.2 儲能集裝箱使用場景

梯次電池也可在儲能領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用，通常可以用做應(yīng)急能源，也可以在電網(wǎng)負(fù)荷低的時候儲能，在電網(wǎng)高負(fù)荷的時候輸出能量，實(shí)現(xiàn)削峰填谷的功能，減輕電網(wǎng)波動。

儲能集裝箱系統(tǒng)將儲能電池、電池管理系統(tǒng)BMS（battery management system）、儲能變流器系統(tǒng)PCS（power control system）、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等集中于一個集裝箱內(nèi)。

典型的40英尺（12192mm×2438mm×2896mm）集裝箱儲能系統(tǒng)架構(gòu)方案主要包括4個部分：儲能變流器PCS、梯次電池組、主動均衡電池管理系統(tǒng)BMS和電池柜，同時配備動力環(huán)境控制系統(tǒng)及消防系統(tǒng)。

由于集裝箱尺寸較大，因此該場景下推薦對廢舊動力電池進(jìn)行整包利用，減小電池拆包重組成本。同時，如果將該系統(tǒng)布置在工業(yè)園區(qū)等露天面積較大的場地，可以在屋頂配合光伏板發(fā)電，進(jìn)一步提升儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。企業(yè)自行搭建的儲能集裝箱往往難以接入國家電網(wǎng)，組建園區(qū)內(nèi)的電力微網(wǎng)是最為實(shí)際的方案。若儲能規(guī)模較小，可優(yōu)先通過充電樁為新能源車充電；若儲能規(guī)模較大，可考慮為辦公樓等其他用電場所提供電力。

3.3 低速車使用場景

低速電動車涵蓋電動自行車、電動摩托車、電動三輪車、低速電動汽車等多種場景。

針對快遞公司所使用的電動三輪車，部分公司開展了梯次電池租賃模式的示范推廣。電池的產(chǎn)權(quán)歸屬于梯次利用企業(yè)，快遞公司付費(fèi)租用，后期的電池維修、更換也由梯次利用企業(yè)負(fù)責(zé)。這種商業(yè)模式可以帶來以下的幾點(diǎn)優(yōu)勢：①可以平衡快遞公司單次采購大批量電池帶來的成本壓力；②電池的電量使用完畢后，通常放置在充電柜中進(jìn)行充電，充電條件溫和，有利于延長電池的使用壽命；③梯次利用使用之后還可以將電池有效回收，進(jìn)入再生利用環(huán)節(jié)，避免電池造成環(huán)境污染。

按照《四輪低速電動車技術(shù)條件》（草案）要求，低速電動汽車的動力電池在安全、電性能及循環(huán)壽命3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面的要求均引用新能源車用動力電池對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，車用梯次動力電池在低速車領(lǐng)域的適應(yīng)性較高。

表3 低速電動汽車對動力電池的性能要求

3.4 AGV小車使用場景

AGV (Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)小車指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運(yùn)車，以蓄電池為其動力來源。

AGV小車的工況特點(diǎn)如下：固定路線、淺充淺放、使用條件溫和。目前，AGV小車通常使用的電池仍是鉛酸電池，若改用退役的動力電池可提升其工作性能。因此，可利用梯次動力電池對原有鉛酸電池進(jìn)行替換。

表4 AGV小車用鉛酸電池和梯次鋰離子電池性能對比

4、動力電池梯次利用難點(diǎn)

動力電池的梯次利用面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其在經(jīng)濟(jì)性、安全性方面的難題制約著該產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

4.1 拆解利用，成本高昂

每家整車企業(yè)的電池系統(tǒng)設(shè)計均不相同，無法采用同一套拆解流水線，導(dǎo)致電池拆解時極為不便，自動化程度極低。

廢舊動力電池在拆解進(jìn)行梯次利用時，必須經(jīng)過多道工藝流程，包括品質(zhì)檢測、安全性評估、循環(huán)壽命測試等，再將電芯分選分級、重組后才可以實(shí)現(xiàn)梯次利用。整個處理的過程耗時耗力，成本居高不下。

4.2 梯次電池的安全性需要重視

退役動力電池經(jīng)歷了嚴(yán)酷的車用使用環(huán)節(jié)，各方面的性能衰退難以直接判別，尤其是電池的安全問題應(yīng)當(dāng)引起行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。隨著電池循環(huán)壽命的增加，起火、自燃等隱患大幅上升。對于新電池的安全標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法已經(jīng)很完備，但對于梯次電池的安全性，目前沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可以參考。部分企業(yè)提出利用大數(shù)據(jù)的方式判斷電池模組的健康情況，這種方式可否單獨(dú)使用還是作為人工篩選的輔助手段需要進(jìn)一步研究。

同時，梯次電池的使用場景缺乏管控。哪些場景下可以使用梯次電池，哪些場景禁止使用梯次電池沒有相應(yīng)要求；在梯次電池的應(yīng)用中，如何應(yīng)對其進(jìn)行監(jiān)控、出現(xiàn)事故后責(zé)任如何判斷都是行業(yè)監(jiān)管的空白地帶。

5、動力電池梯次利用任重道遠(yuǎn)

廢舊動力電池的梯次利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠(yuǎn)。通過以上內(nèi)容的研究，可以看出，廢舊動力電池梯次利用可以實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化，符合綠色、循環(huán)、可持續(xù)的發(fā)展理念。其使用場景豐富，市場空間巨大，在利用得當(dāng)?shù)那疤嵯拢梢詣?chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)價值。但該產(chǎn)業(yè)也面臨著經(jīng)濟(jì)性、安全性的雙重考驗(yàn)，只有突破這兩大瓶頸，才能迎來產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。