废旧动力锂电池的拆解及梯次利用技术浅析(3)

七、我国退役动力电池梯次利用处理的难点：

我国正处于电池梯次利用的起步阶段，技术难点还有重组技术、寿命预测和离散整合技术等。寿命预测是整个梯次利用产品技术的关键点，如果不掌握产品的使用寿命，试问如何为客户提供质量保证呢？所以从电池企业的角度出发，攻克寿命预测技术是梯次利用项目的重中之重。

 

1、当然寿命预测技术之所以难，是由于很多关键技术集中体现，如衰减机理、检测、消耗量等。

2、还有一个难点，在不同的情况、不同的地区环境和工况下，电池的消耗速率并不一样，同一时间退役的一批电池，将出现不同的衰减速率，而将分布不均匀的电池重新应用于一个产品中，对于整个行业来讲，这是一个难点；离散整合技术的关键点就是在管理系统里如何让系统更有效地应用剩余的能量，目前业内都在集中力量攻克这个难点，重点解决不同的离散程度的电池包如何在一个系统里高效运行。

1)目前，针对材料回收的拆解环境、运输条件，企业都在制定标准，近年巳推出材料回收和包装运输的标准，在2018年已推行一系列梯次利用标准。

(2)具体而言，电池拆解是通过破碎变成电极粉，再将相关金属进行回收；材料回收主要是通过电极粉、经过酸碱、萃取，然后变成三元材料，最终呈现的产物是硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴等；对此确保回收过程也是环保回收是衡量梯次利用的一个重要标准，因此过程监控显得非常重要。

(3)基于此国家对场地、拆解环境、拆解设备、拆解人员做出相应的要求，企业在制定标准时也涉及到设备、人员资质、拆解环境、油水分离等问题；总而言之，材料回收在保证环保的同时，要达到较高的回收率。

（4）最后电池材料回收是通过“物理+化学”的方法，即火法加湿法的工艺，而整车企业无须过多考虑后端处理的问题。

3、相对而言梯次利用更能够发挥产品的最大价值，实现循环经济的利益最大化，是更为绿色和环保的做法；但梯次利用所面临的难题和挑战也非常的多，如果不能有效解决，不能实现真正产业化。

1）电池拆解：动力电池退役时，是整个pack从车上拆解下来的。不同的车型有不同的电池pack设计，其内外部结构设计，模组连接方式，工艺技术各不相同，意味着不可能用一套拆解流水线适合所有的电池pack和内部模组。那么，在电池拆解方面，就需要进行柔性化的配置，将拆解流水线进行分段细化，针对不同的电池pack，在制定拆解操作流程时，要尽可能复用现有流水线的工段和工序，以提高作业效率，降低重复投资；在拆解作业时，不可能完全实现自动化，必然存在大量的人工作业，而pack本身是高能量载体，如果操作不当，可能会发生短路、漏液等各种安全问题，进而可能造成起火或爆炸，导致人员伤亡和财产损失。因此，采取什么样的措施和方法，确保电池拆解过程中的安全作业，是梯次利用的一个重点。

 

 

2）剩余寿命预测：这里分两种情况考虑，一种是动力电池在服役期间，其相关运行数据有完整记录，那么当梯次利用的厂家拿到这些数据之后，结合电池的出厂数据，可以建立电池模组的简单寿命模型，能够大致估算出，在特定运行条件下电池模组的剩余寿命(根据所设定的终止条件)；另一种情况就恶劣的多了，动力电池的使用情况并无数据记录，仅有出厂时的原始数据(如标称容量、电压、额定循环寿命等)，使用过程未知，当前状态未知。

（1）当梯次利用的厂家拿到电池后，如何判断其健康状态和剩余寿命呢？这就需要对每个模组进行测试，先明确其当前的健康状态，然后要根据测试数据和出厂时的原始数据，建立一个对应关系，根据不同的材料体系，大致估算其潜藏的剩余价值。

（2）第二种情况，梯次利用的成本会提高很多，测试设备、测试费用、测试时间、分析建模等，都会增加不少的成本，导致梯次利用的经济价值降低。基于有限的数据，对剩余寿命的预测也是不准确的，这无疑又会增加梯次利用产品的品质风险，使得产品的生命周期成本较高。所以如何做到快速无损的检测，是该种情况下梯次利用的关键所在。

3）系统集成技术：梯次利用，最合理的应该是拆解到模组级，而不是电芯级，因为电芯之间的连接通常都是激光焊接或其他刚性连接工艺，要做到无损拆解，难度极大，考虑成本和收益，得不偿失；不同批次的电池模组，甚至来自不同厂家的电池模组，如何在同一系统中混用？这里面有几个系统集成技术必须着重考虑并解决：

 

（1）分组技术：需要对不同的电池模组建立数据库，根据材料体系、容量、内阻、剩余循环寿命等参数重新分组。分组参数设定要合理，过大不好，模组离散性大，成组为系统后，对系统性能和寿命影响很大；过小也不行，分组过于严格，会导致可匹配的模组少，系统集成困难，产品成本很高。

（2）成组技术：什么类型的电池模组可以成组为系统，这需要结合产品定位和目标市场(高端？中端？低端？)，现有电池模组等级和类型，以及产品开发具体目标(性能，寿命等)，建立一个系统级模型，推算出相关的匹配系数，确定产品的总体方案。

（3）系统柔性设计：这里有两个方面需要考虑：系统结构方面，需要充分考虑不同模组可能具有不同的尺寸，重量和串并联数，那么系统内部的结构设计应该是在X，Y，Z轴方向都有很大的弹性，以兼容不同的模组，固定方式既要考虑紧固性和可靠性，又要考虑弹性和便于快速装卸；模组线束连接方面，多柔性化考虑做到可快插和快换。

4）电池管理系统的盲点

 

（1）(锂)电池管理系统的设计，一直是个世界级的难题，直到目前为止，也没有哪个公司在这个领域做到相当的成熟，最多实现了产业化而已。

（2）针对电池组的优化管理，尚无非常有效的解决方案，因为电芯并不是一个特性比较明确的物理系统，而是一个在不断变化的化学系统，其各项参数都与运行工况、外部环境、内部劣化速度相关，随时间在不断的变化。

（3）国外在算法和理论研究方面走的比较早，在工程方面也有深厚积累，所以产业相对成熟。国内在BMS软硬件研发方面，起步较晚(最近几年的事情)，理论研究不足，工程应用是小步快跑，整体资源投入不足，各家企业都还没有非常稳定可靠的解决方案。

（4）在梯次利用领域，BMS所要面对的情况，比汽车领域更为复杂。面对各种化学体系、各种规格和批次、各个生产厂家、各种健康状态的电池模组，如何进行有效的管理，确保他们在今后的岁月中健康工作，安度晚年？

（5）在硬件方面，应确保BMS的硬件归一化设计，兼容各种不同的模组，而不必针对不同的模组和产品，开发多种规格的硬件产品。这样可以简化BMS的硬件开发、升级和维护，降低产品的成本。在软件方面，需要做到底层软件模块化、标准化和固定化，应用层软件做到模块化、标准化和智能化，能够自适应各种类型的模组，并能够自我学习，在运行过程中为模组和电芯建立模型，做到智能化的监控、预测、诊断、报警和各类在线服务；软件的升级可在线进行，并可远程升级。

 

4、可靠性与安全性难题

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1）电芯的容量和内阻离散性

（1）即使经过严格筛选的退役电池模组，在重新配对成组为系统之后，由于大多数电芯都已进入生命周期的中后期，其老化(劣化)速度不一，并且情况较刚出厂的电池要恶劣的多，突出表现为容量和内阻的差异越来越大，导致系统在可用容量和充放电功率方面越来越弱，可靠性问题严重。

（2）这种老化速度的离散性变化趋势，严重时会使得产品的性能和寿命远低于预期，增加产品的售后风险。那么在技术研究上面，除了上述已经谈到了的分组和成组技术，还需要结合BMS的智能化管理和电力电子的功率变换技术，通过BMS在运行过程中去“感知”这种变化趋势，并找出系统的短板，再通过电力电子技术去平衡或弥补“缺陷”，一定程度而言，可以延缓这种加速老化的趋势延长使用寿命。

2）潜在的安全隐患

（1）针对拆借后的电池模组，仅通过目视检查，是无法发现一些安全缺陷的，如轻微胀气、漏液、内短路、外壳破损、绝缘失效、极柱腐蚀等。如果这些安全缺陷不被检查出来，相关模组用到新产品中，那么会导致新产品存在较为严重的安全隐患。采取简单、快速而有效的检查措施为拆解后的电池模组进行安全“体检”，这是重要的测试工序。

（2）在新产品运行过程中，BMS仍然承担着电池“家庭医生”的角色，必须时刻对安全状态进行监控，排查隐患，及时采取措施。在梯次利用市场，BMS的安全检测功能显得尤为重要，如同人到中年，身体自然不如年轻人那么健康，及时体检，能够发现大多数疾病的前兆。

5、成本控制：毫无疑问，成本是梯次利用的最大优势，也是梯次利用经济效益的来源。那么如何做到良好的成本控制，将系统成本做到新电池产品的三分之一，甚至五分之一，将直接决定梯次利用是否能够发展成为一个庞大的产业。

1）在原材料环节，如何以较低的成本拿到电池pack，如何降低pack和模组拆解的难度，如何针对不同pack复用流水线和工艺，如何简化测试，如何建立电池模型等，都会影响后续的产品成本。

2）在产品开发环节，如上面所讲，系统集成是关键，电池模组混用、系统柔性化设计、BMS鲁棒性设计等，有效降低产品物料成本。

3）在产品的运维环节，如何确定合理的质保年限，做到智能化的管理，远程诊断和维护等，都会影响产品的生命周期成本。

6、产业链整合

1）动力电池的梯次利用产业链，涉及到用户(车主或商业运营单位)、车企、动力电池企业、梯次利用企业，如何创造一个共生共赢的产业链生态圈，是必须要考虑的。

2）如果仅仅是后端的梯次利用企业获利，那么用户、车企、以及动力电池企业，就没有足够的动力去参与和推动动力电池的梯次利用，产业规模就难以起来。

3）这既需要政府层面建立相关规范和标准，也需要产业链各环节的企业，一起紧密合作，尝试成立电动汽车后市场的产业联盟，大家一起来参与，才能推动产业健康发展。

七、商业模式创新：对于动力电池的梯次利用衍生产品，客户在知情的情况下，会对产品的性能、寿命、可靠性、安全性等心存疑虑，产品的推广会存在一定的阻碍。在产品的推广和应用方面，要充分考虑客户的现状和诉求，多种商业运作方式相结合，在充分帮助客户获利的基础上，获得自己的利益。可充分借鉴其他行业的一些成功经验，如分期付款、分时租赁、盈利后结算、托管运营、甚至免费供货(靠后续增值服务)等，探索梯次利用方面的有效商业模式。

 

 

(末完、待续)