动力电池梯次利用

对于新能源汽车产业来说，如何降低电池的成本是一个核心的问题。这个成本不仅仅是BOM成本，其实也包含后续质保期内的维修，质保期外的维护还有最终回收利用的责任，这个跨度时间长到没有车企有足够的经验应对锂电池全寿命周期的妥善措施。

第一部分梯次利用和拆解回收

汽车企业对新能源汽车的考虑，其实不仅仅是BOM成本多少钱，制造成本多少钱，最终也需要考虑电池最终处理回收成本是多少钱。在全球的混合动力市场上，丰田和本田这两家日本公司走的是最为前列的，其基本策略都是设计成很长的电池车载使用寿命（8年以上）然后随着车辆的更换电池或者报废，将电池直接进入拆解回收的通道。

我们来分析丰田和本田的处理过程，其基本考虑如下：

1）HEV强混电池的能量为1kwh左右，属于功率型电池，本身的SOC使用区间很小，所以在车上使用的时间就很长

2）两家日本企业不能保证这些功率型的电池妥善的梯次利用，因为能量存储基本和这些功率型的镍氢电池没大的直接关系，所以直接拆解是比较妥善的办法

3）两家企业，也可能会对其PHEV的锂电池做一些后续别的处理过程

图1本田的电池处理过程

图2丰田的电池处理过程

从整体上来说，梯次利用和资源再生的拆解利用，是一类企业，只是根据电池的实际的情况可以有不同的处理分类，其在整个产业链里面起到电池污染守门员的作用，电池企业、车辆寿命周期内和车辆寿命周期之外的电池组，都需要有个妥善的去处，这个就是未来定义的电池处理企业。

第二部分处理的模式

从2013～2015这段产业化的推广来看，主要的锂电池的流向是商用车和部分乘用车。以比亚迪为例，包含乘用车和商用车的秦、唐和K9，其本身的电池单体、电池成组和电池的使用预期都是不一样的。在商用车领域，有趣需要注意一个有趣的问题，值得大家探索的是，其实由于地方政府的干预，哪怕是同一家的车辆，其电池在地域上分布是不同的；不同厂家的车辆在某地的电池几乎使用是相同的，这造就了中国一个很有趣的现象，地区的电池系统在各家车企之内在维护这块往往是可以互通的，电池的梯次利用和回收其实也是一样的，电池的本体是某几家供应的。

图3新能源汽车电池流转示意图

我们可以假设有几种模式来处理这个：

1）统一处理：类似电池生产企业的模式，盖大型的处理工厂，将某家企业的全国的废旧电池进行统一处理。

a.好处：是同一家的电池，企业责任比较好界定，对私人和大客户比较喜欢简单的模式，你做的你收

b.坏处：废旧电池在全国的运输成本和风险很高，梯次利用后再发往使用地的同样面临这个问题。

2）以推广应用地（核心城市）为单位的，覆盖地区的梯次利用和拆解点：在这种模式下，将部分回收

a.好处：就近处理，避免更大的风险，将电池处理和车辆报废放在一起

b.坏处：需要推广城市牵头处理这个事，原则上责任不是特别清楚；所需的成本相对高一些

这里的核心问题，还是电池多久退下来，本质上梯次利用和废旧处理的模式的处理方法是不同的，前者是根据原有电池的健康状态做出评估，给予比较充分的使用考虑，重构一套基于旧电池的使用控制策略，是一种价值的利用；后者类似于垃圾回收了，回收里面的有用金属，将电池里面的有害物质做处理，其价值是持平，主要是保证电池寿命中不会对环境产生过大的危害。

梯次利用的主要目标是 ：

1.48V通信备份电池：这是目前铁塔公司主导的模式。

2.太阳能分布电池：风能的波动太大，相对而言太阳能的分布式储能系统比较可行一些，一定程度的梯次利用有益于解决分布式发电随机性波动所面临的一些列并网和调度难题

3.直流充电站充电蓄电池：平滑直流充电站的功率需求

4.UPS电池：这块与铅酸电池的竞争，胜算不大

第三部分信息传递

梯次利用如果按照正常的电池分选数据处理，电池包拆开，模组拆开，模组重组，光是紧固件和电连接所要解决的多样性问题就够梯次利用的企业不愿意干了，梯次利用的核心问题在于电池的数据信息如何传递。

一般意义上来说动力电池的寿命周期的信息包括:

1.电池生产过程中的信息主要包含电池厂的出厂的过程数据（容量、自放电和内阻）

2.车辆运行过程中BMS中记录的信息

a.车唉的BMS会根据自己的算法对电池的状态做出计算，通常会给Telematics车联终端模块（车厂的信息数据库）

b.目前地方政府如上海有要求，将20%私家车和更多的公家的车辆会记录在运行数据库里面（新能源信息中心）

一般意义上的状态监测是以安全为导向的，如果涉及到动力电池的退役我们应该提取哪些数据，其实是需要不断的实验和分析的。

图4新能源汽车联网数据系统概览

1）VIN车辆对应的电池包的BMS计算出来的SOC

2）更为细致的随着记录过程的单体VIT信息

3）SOC记录的SOH信息（内阻、容量）

图5典型的车联系统数据库系统和方案

所以系统来说，梯次利用的解决方案是从车联系统中的电池数据库里面，可以根据已经算出的参量和部分原始数据，进行回归性分析，根据IT网络系统和BMS车载算法结合的方式来判断车辆电池是需要维修还是需要退役。这么做的好处，就是每个单体和模组在下车之前就有考虑，进行服务器虚拟分组，配合之后再做个实验就可以了。有限顺序为：

1）模组配对

2）模组拆解配对

3）模组配合方案

4）重组之后的系统测试

整个项目的重点还是在电池规划前期的内容：

1）经济性分析，对模组现有的参数差异和可用的SOC范围进行判断，预先分组看看是用在UPS电源、还是直流充电桩功率缓冲还是基站或其他通信相关的后备电源。

2）模型化分析：对整个模型，特别是80%之后的SOC窗口影响的对应关系进行分析。这里动力电池的窗可能开到85%，后续是开个40%就不错了，整个内阻上升都需要进行分析

从安全上考虑，梯次利用在使用上，导入电力电子的并联平滑控制更好一些，Boost电路本身也能给完全关掉部分模组，梯次的电池是不能以好电池来对待的。为了进一步的考虑，最大的程度上，还是从系统上找到使用的方案。夏军兄在《动力电池梯次利用》一文中的项目梳理，值得我们继续跟踪这些项目的实际的情况并予以改进。

1.4REnergy公司（日产汽车和住友集团合资）：使用Leaf汽车的二手电池用于住宅和商用的储能设备。

2.FreeWire：使用旧的LEAF电池做电动汽车充电宝产品（MobiCharger），自动化小车配置电池组和逆变器，主要面向停车场等工作区域。

3.博世集团：利用宝马的ActiveE和i3纯电动汽车退役的电池建造2MW/2MWh的大型光伏电站储能系统。

4.NREL：进行插电式混合动力汽车及纯电动汽车用锂离子电池二次利用的研究，提出淘汰电池可以用在风力发电、光伏电池、边远地区独立电源等。

5.通用公司与ABB：联合开展了车载锂电池（Volt）再利用的调查与研究，包括智能电网方面，如用来存储太阳电池系统和风力发电系统等所产生的电力。

小结：

1）梯次利用实在彻底回收之前的延续电池价值的事情，一定是安全和低成本的手段，这俩是矛盾体，所以企业之间的信息传递就非常关键。

2）整个模式，谁用谁做谁的责任，非常关键。