动力电池梯次利用的难点与挑战.doc

1、动力电池梯次利用的难点与挑战针 对 退 役 的 动 力 电 池 ， 有 两 种 可 行 的 处 理 方 法 ， 一 种 是 直 接 作 为 工 业 废 品 ， 进 行 报 废 和 拆 解 ，提 炼 其 中 的 原 材 料 ， 实 现 原 材 料 的 循 环 利 用 ， 这 方 面 已 经 有 一 些 国 内 的 企 业 进 行 商 业 化 运 作 ； 另 一种 方 式 ， 则 考 虑 退 役 的 动 力 电 池 ， 虽 然 已 经 不 满 足 汽 车 的 使 用 条 件 ， 但 仍 然 拥 有 一 定 的 余 能 ， 其 寿命 并 未 完 全 终 止 ， 可 以 用 在 其 他 领 域 作 为

2、 电 能 的 载 体 使 用 ， 从 而 充 分 发 挥 其 剩 余 价 值 。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 ， 就 不 能 实 现 真 正的 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 ，

3、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

4、 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

5、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

6、 )， 使 用 过 程 未 知 ， 当 前 状 态 未 知 。 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 。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 、

7、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

8、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

9、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

10、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

11、性 ， 又 要 考 虑 弹 性 和 便 于 快 速 装 卸 ； 模 组 的 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 鲁 棒 性(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 。 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

12、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 。 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

13、 都还 没 有 非 常 稳 定 可 靠 的 解 决 方 案 。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 ？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

14、 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

15、件 的 升 级 可 在 线 进 行 ， 并 可 远程 升 级 。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 。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

16、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 。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 ， 都 能 有 效 降 低 产 品 物 料 成 本 。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

17、 的 生 命 周 期 成 本 。6. 产 业 链 整 合动 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 。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

18、 来 。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 。7. 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 。