退役动力蓄电池梯次利用现状、问题及对策

退役动力蓄电池梯次利用现状、问题及对策

张伟

新疆希望电子有限公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830013

摘要：新能源汽车动力蓄电池退役后的梯次利用近年来受到广泛关注，发展速度较快。本文对国内外退役动力蓄电池梯次利用技术、成本可行性及涉及的关键因素等研究进展情况进行了总体梳理，并对国内外不同场景的梯次利用情况特点进行了总结，深入分析了梯次利用目前在成本控制、技术研发应用以及商业模式探索等方面存在的问题、产生原因，并提出对策。

关键词：新能源汽车；退役动力蓄电池；梯次利用；回收

1. 退役电池梯次利用流程

1.1单体电池筛选

目前，梯次利用行业对于退役电池的筛选主要测试筛选和大数据筛选两种方式。测试筛选：主要包括外观筛选、静态开路电压测试、内阻筛选以及自放电率筛选，包括使用纳米CT技术对电池单体内部三维结构进行定性和定量分析，并通过电池的外部化学参数来分析电池内部性能状态。近年来，也有发展出一些新技术，如接触式的超声无损检测技术，可通过超声信号与化学性能的关联或者直接扫描，实现对电池单体荷电（SOC）和健康状态（SOH）的快速高精度实时检测。

大数据筛选：新能源汽车生产或电池生产企业一般都会对运行的新能源汽车进行实时监测，对单体电池电压、SOC等指标进行监控和分析。根据监控数据分析即可发现问题单体电池或问题单体电池所在的模组，将其筛除后，可不需要再根据电压、内阻、自放电率重新分选，能够大幅降低退役电池的处理时间和处理成本[2]。从国内外技术发展趋势来看，通过大数据进行筛选和评估是较为科学、经济的方式，也是行业努力的方向。

1.2电池重组

电池重组包括单体、模组及整包重组。单体电池重组方式是根据分选后的单体电池容量、荷电状态、内阻、自放电率进行重新配组，保证整组电池的一致性。模组重组方式是将退役电池拆解至模组状态，通过大数据筛选方式筛除包中一致性差或含有故障单体的模组，剩余的一致性较好模组可直接组合为模组。由于退役电池包、模组无损拆解难度大、耗时长，目前行业也在重点研究整包级别的重组梯次利用。

1.3梯次利用电池安全保障

不同类型的退役电池的单体、模组、系统等在不同工况下运行，性能劣化程度不相同，对梯次利用电池要在产品筛选、设计及控制策略等方面均做好安全保障。

在检测分选方面，通过检测或大数据分析等方式对退役电池的外观、电压、内阻、容量、自放电率等多项技术指标进行筛选，并对同一批次、同一状态退役电池或电池模块进行安全性抽检，保障梯次利用电池的安全性。

在产品设计方面，要充分考虑退役电池管理系统的复杂性，因此在梯次利用电池成组设计方面，要充分考虑模组整体的安全性设计，重点考虑模组的绝缘强度、防护等级、元器件选型、阻燃性设计、BMS带载能力等关键技术因素，搭载温度预警系统，以及增加热量管理和高压监控等安全性组件。

在控制策略方面，如在通信基站应用时，电池组长期处于无人值守的浮充状态，并且BMS和开关电源等直流电源之间没有通信，一旦BMS保护失效，梯次利用电池将面临充放电保护失效的风险。因此，应根据梯次利用电池组运行的实际工况，制定合理有效的充放电控制及故障保护策略。

2.国内梯次利用进展

目前，包括中国铁塔公司、国家电网、汽车及电池生产企业等在梯次利用研究与应用方面取得了一定进展，但仍然属于探索阶段，尚未形成完整的产业链。通信基站备电：通信基站备电是目前梯次利用主要领域之一，已经初具规模。中国铁塔公司已在全国31个省市约12万个基站使用梯次电池约1.5GWh，替代铅酸电池约4.5万吨。中国铁塔公司目前有约200万个基站，按单站电池容量需求约30kWh测算（1辆新能源汽车退役电池约62kWh可梯次利用容量），该公司未来可能消纳约200万辆新能源汽车的退役电池。电网储能：国家电网在北京大兴建设了100kWh梯次利用锰酸锂电池储能系统示范工程，在张北建设了1MWh梯次利用磷酸铁锂电池储能系统示范工程，组建了退役电池分选评估技术平台，制定电池配组技术规范，研制了高效可靠的电池管理系统。国网河南公司联合南瑞集团、电池生产企业等单位，建成梯次利用储能示范工程，在全国率先打造了一套退役动力锂电池从分选、重组到储能利用的规范化流程。低速车等：国网浙江公司等企业探索将梯次利用电池应用于电动自行车或低速车领域，并于2013年编制完成了《动力锂电池电动自行车梯次利用技术方案》，对新能源汽车退役电池进行重组，用于48V电动自行车的动力电源。

3.当前存在的主要问题

3.1经济性优势不明显

当前，梯次利用的一个主要问题是退役电池数量少。市场上的退役电池大多来源于2012年“十城千辆工程”期间推广的新能源汽车，由于当时回收体系还不完善，企业也没有规范的处理方案，存在电池退役后企业库房搁置待处理或者不规范处理等情况。此外，由于前期的部分动力蓄电池质量不稳定，也使其退役后缺乏梯次利用价值。可梯次利用电池数量较少，导致梯次利用难以形成规模效益。由于新能源汽车以及动力蓄电池设计中并未考虑梯次利用，如动力蓄电池之间多为镍条激光焊接连接，增加了退役电池的拆解、分选和成组的难度，这些都推高了梯次利用成本。

3.2技术问题有待解决

梯次利用当前在电池拆解、剩余寿命预测、系统集成及安全可靠性保障等方面均有存在问题需要解决，这些瓶颈问题如果不能有效解决，梯次利用产业化将难以实现。

3.3产业链商业模式还未形成

梯次利用产业链是新能源汽车产业的延伸，涉及到的产业链各方面主体非常多，包括新能源汽车用户(个人或商业运营单位)、汽车生产企业、动力蓄电池生产企业、报废机动车回收拆解企业、梯次利用企业、再生利用企业以及梯次利用电池的用户，其中的价值分配是十分复杂的问题。如果梯次利用仅有梯次利用企业获利，则新能源汽车用户、汽车生产企业、动力蓄电池生产企业及报废机动车回收拆解等企业均缺乏动力去参与和推动梯次利用，将导致在退役电池的回收阶段就无法形成商业渠道。对于梯次利用电池，由于其是退役电池“再造”形成的产品，其性能、寿命、可靠性、安全性等尚未经过市场考验，销售和使用方面需要有更多商业模式上的探索，如分期付款、分时租赁等。梯次利用企业作为梯次利用电池生产企业，也需要承担生产者责任，对报废梯次利用电池进行回收，保障其安全、环保处置。从目前探索的方向看，梯次利用场景有通信基站、电网储能、电动三轮车、电动摩托车等，也有移动电源、车载冰箱等较为零散的消费领域，这就导致梯次利用电池的回收势必会存在更加复杂的情况，回收体系和模式需要多样性，对梯次利用企业的能力提出更高的要求。

3.4政策标准保障尚有不足

对于退役电池梯次利用，国家有关主管部门已陆续发布的《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策（2015年版）》、《废电池污染防治技术政策》、《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》及公告管理暂行办法、《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等政策，不同程度对于梯次利用提出了原则性要求，但是尚未有针对性的管理措施。在技术标准方面，目前已发布的涉及梯次利用的国家推荐性标准有三项，涉及拆解、梯次利用电池编码以及余能检测，梯次利用要求等相关国家、行业及团体标准的研制、发布工作也在加快推进中，但是梯次利用不同领域的产品性能、检测等其他类型标准还远未对规范梯次利用构成完善的体系化支撑。

结语

退役电池梯次利用发展潜力较大，市场前景广阔，受到行业的关注。但是，从行业发展环境、技术成熟度、产业链商业模式及政策保障等现状来看，梯次利用产业发展还存在一些问题亟待解决。要实现梯次利用产业的可持续发展，需要在管理制度、政策引导和发挥市场机制作用方面采取相应举措。

参考文献

[1]曹涛.朱清峰.陈燕昌.动力锂离子电池在通信行业的梯次利用[J].邮电设计技术，2018，10期：83-87.

[2]刘坚.电动汽车退役电池储能应用潜力及成本分析[J].储能科学与技术，2017，02期：141-147