車用動(dòng)力電池回收分級(jí)分選一致性問(wèn)題的研究

　　摘 要：新能源汽車的主要?jiǎng)恿υ翠囯姵匾恢北妒荜P(guān)注，而對(duì)于退役動(dòng)力電池的階梯利用，已成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，文章總結(jié)了我國(guó)車用動(dòng)力電池發(fā)展的趨勢(shì)、動(dòng)力電池的回收利用與技術(shù)現(xiàn)狀，具體分析了電池回收中分級(jí)篩選中的難點(diǎn)，最后對(duì)我國(guó)動(dòng)力電池梯次利用的發(fā)展做了總結(jié)與展望，指出動(dòng)力電池的篩選技術(shù)是動(dòng)力電池在梯次利用中的關(guān)鍵。

　　關(guān)鍵詞：電池回收;分級(jí)分選;一致性

　　1 新能源汽車動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)

　　據(jù)《中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》預(yù)測(cè)，到2030年的時(shí)候，我國(guó)電動(dòng)汽車總規(guī)模將接近6500萬(wàn)輛[1]。新能源汽車未來(lái)將被廣泛推廣，它的主要?jiǎng)恿κ橇姿徼F鋰電池。預(yù)計(jì)于2020年左右現(xiàn)有的新能源汽車用動(dòng)力鋰電池會(huì)進(jìn)入報(bào)廢期，在我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池的報(bào)廢周期一般約在3至5年，到2025年我國(guó)新增的梯次利用電池潛在規(guī)模約33.6GW·h。退役動(dòng)力電池的梯次利用產(chǎn)業(yè)呼之欲出。

　　2 動(dòng)力電池的回收利用與技術(shù)現(xiàn)狀

　　2.1 動(dòng)力電池的回收利用

　　從當(dāng)前電池回收的迫切性來(lái)看，公共領(lǐng)域服務(wù)的新能源汽車，主要是鋰動(dòng)力電池，因其退役電池規(guī)模大，已成為電池梯次利用的重點(diǎn)領(lǐng)域。

　　本文提到的電池回收利用主要是指退役動(dòng)力電池回收后的再次利用。再次利用又可分為梯次利用和再生利用。梯次利用是指將廢舊動(dòng)力電池應(yīng)用到其他領(lǐng)域的過(guò)程，包括電池包、電池組、單體電池，可以一級(jí)利用也可以多級(jí)利用。再生利用是對(duì)于退出梯次利用的動(dòng)力電池進(jìn)行拆解、檢測(cè)和分類后的二次使用。

　　2.2 回收電池的分級(jí)分選

　　我國(guó)2017年12月實(shí)施《車用動(dòng)力蓄電池回收利用拆解規(guī)范》，2018年2月實(shí)施《車用動(dòng)力電池回收利用余能檢測(cè)》，在技術(shù)規(guī)范方面提出了指導(dǎo)意見(jiàn)。

　　退役電池的梯次利用依據(jù)電池容量的衰減程度分三級(jí)：第一級(jí)是電池包梯次利用、第二級(jí)為電池組梯次利用、第三級(jí)為單體電池級(jí)的梯次利用，見(jiàn)圖1。目前技術(shù)發(fā)展上已從單體電池的拆解，發(fā)展成為電池組及電池包的回收使用，這要求梯次利用技術(shù)緊跟趨勢(shì)。

　　第一級(jí)電池包梯次利用階段，電池容量大于或等于80%，即動(dòng)力電池做為正常能源電池在車中被使用，當(dāng)電池包異常時(shí)，要對(duì)電池包進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，從而對(duì)整個(gè)電池包進(jìn)行替換。目前常用非接觸式方法進(jìn)行篩選，如計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)[2]、超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[3]，以及大數(shù)據(jù)分選技術(shù)等。

　　第二級(jí)電池組梯次利用階段，電池使用容量處于60%-80%，最適合在儲(chǔ)能領(lǐng)域，如通信基站、水利、風(fēng)能、太陽(yáng)能等使用。從第一級(jí)淘汰下的整包電池進(jìn)行拆解，形成多個(gè)電池組，經(jīng)過(guò)檢測(cè)評(píng)估出性能相近、一致性、魯棒性好的電池組進(jìn)行重組使用，有問(wèn)題的電池組淘汰到第三層級(jí)。

　　第三級(jí)單體電池梯次利用，此階段將上一級(jí)淘汰下來(lái)的電池組拆解成單體電池，通過(guò)對(duì)單體電池容量等指標(biāo)檢測(cè)篩選后，單體電池以串、并聯(lián)的方式以多種組合形式再配組，成組電池要進(jìn)行評(píng)估測(cè)試，在保證重組電池安全性、一致性、穩(wěn)定性情況下進(jìn)行集成，開(kāi)展梯次利用。重組后電池主要使用在用戶側(cè)/微電網(wǎng)，如企業(yè)、家庭的小型儲(chǔ)能領(lǐng)域，或低速電動(dòng)車等領(lǐng)域。

　　從梯次利用的過(guò)程中可以看出，回收電池各級(jí)中的篩選技術(shù)在其中起到至關(guān)重要的作用，精確的容量檢測(cè)與容量配置是電池健康使用的保證。

　　3 重點(diǎn)技術(shù)分析

　　目前在梯次利用中對(duì)回收動(dòng)力電池的容量配置研究不多，研究主要集中在對(duì)電池組均衡技術(shù)、電池容量估算、電池性能的分析等方面，電池容量的均衡直接關(guān)系著電池的一致性。對(duì)退役電池再利用的基礎(chǔ)是電池包、重組電池的一致性是目前研究的難點(diǎn)。

　　3.1 電池容量估算分析

　　目前電池容量分級(jí)篩選方法較少，對(duì)電池容量衰退研究多些。文獻(xiàn)[4]采用統(tǒng)計(jì)學(xué)非參數(shù)檢驗(yàn)方法研究了歐姆內(nèi)阻、電荷轉(zhuǎn)移電阻和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)與容量之間的相關(guān)性，以此了解電池衰減的原因。文獻(xiàn)[5]建立分?jǐn)?shù)階等效電路模型實(shí)現(xiàn)電池容量的狀態(tài)估算，但對(duì)采集數(shù)據(jù)要求高，目前較難達(dá)到要求。文獻(xiàn)[6]提出了一種簡(jiǎn)化P2D模型來(lái)估算電池容量的方法，但模型較復(fù)雜難以應(yīng)用。筆者所在公司的授權(quán)發(fā)明專利“一種鋰離子電池容量分選器技術(shù)”(ZL2013105675526)，可解決重組電池測(cè)試中電池容量一致性不好時(shí)，因過(guò)充/過(guò)放而使重組電池組壽命減少的問(wèn)題。此技術(shù)包括至少一個(gè)鋰離子電池容量分選器，工作原理是將滿容量的鋰離子電池接入鋰離子分選器中，隨后單片機(jī)通過(guò)AD采集實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰子電池的輸出電壓和輸出電流，最后單片機(jī)計(jì)算出鋰離子容量值。此技術(shù)可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)鋰離子電池，只要單片機(jī)的AD采集口足夠多。

　　推薦閱讀：新能源電池論文寫(xiě)作格式要求