動(dòng)力電池梯次利用：市場前景廣闊機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存

2017-09-26 21:21:24 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

動(dòng)力電池回收再利用是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈形成閉環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在環(huán)境保護(hù)、資源回收和提高動(dòng)力電池全壽命周期價(jià)值等方面都具有重要價(jià)值。其中動(dòng)力電池回收再利用又包括了梯次利用和資源回收兩個(gè)環(huán)節(jié)。通常當(dāng)新能源汽車動(dòng)力電池剩余容量降低到初始容量的70%-80%時(shí)便無法滿足車載使用要求。退役動(dòng)力電池經(jīng)過測試、篩選、重組等環(huán)節(jié)，仍然有能力用于低速電動(dòng)車、備用電源、電力儲(chǔ)能等運(yùn)行工況相對(duì)良好、對(duì)電池性能要求較低的領(lǐng)域。隨著新能源汽車推廣應(yīng)用的力度不斷加大，動(dòng)力電池梯次利用的概念應(yīng)運(yùn)而生并受到廣泛關(guān)注。

我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)從2013年開始進(jìn)入大規(guī)模推廣應(yīng)用階段。結(jié)合2013-2016年我國新能源汽車產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和國家規(guī)劃的2020年新能源汽車產(chǎn)銷200萬輛的發(fā)展目標(biāo)，考慮到新能源汽車企業(yè)目前對(duì)動(dòng)力電池的質(zhì)保服務(wù)大多在5-8年，到2019年我國新能源汽車動(dòng)力電池將會(huì)進(jìn)入大規(guī)模退役階段。根據(jù)CNESA研究部的預(yù)測，2025年，我國年度新增的梯次利用潛在規(guī)模將會(huì)達(dá)到33.6GWh，可以說梯次利用擁有巨大的潛在規(guī)模和市場空間。

擁有巨大潛在市場需求的儲(chǔ)能領(lǐng)域也成為梯次利用未來最重要的應(yīng)用場景之一。根據(jù)CNESA全球儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫對(duì)于全球儲(chǔ)能項(xiàng)目的持續(xù)收集，僅就儲(chǔ)能領(lǐng)域而言，目前在大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)、電力輸配、用戶側(cè)等儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域都已經(jīng)有梯次利用示范項(xiàng)目正在運(yùn)行，涉及千瓦級(jí)的戶用儲(chǔ)能產(chǎn)品，十千瓦至百千瓦級(jí)的光儲(chǔ)微網(wǎng)、電動(dòng)汽車充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心備用電源，以及兆瓦級(jí)大型儲(chǔ)能電站。

與梯次利用巨大市場潛力和各界密切關(guān)注形成鮮明對(duì)比的是，現(xiàn)階段各方對(duì)于梯次利用市場前景仍然存在諸多爭議。動(dòng)力電池梯次利用在電池性能、集成管控能力、商業(yè)模式、經(jīng)濟(jì)性、安全性、市場認(rèn)可度等方面仍然面臨著很多困難，并且尚無法找到一致有效的答案。未來還需要依托技術(shù)研發(fā)、項(xiàng)目探索和多方協(xié)作共同推動(dòng)梯次利用市場的發(fā)展。

結(jié)合業(yè)界對(duì)于梯次利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的密切關(guān)注和爭議熱點(diǎn)，2017年9月6日，由中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）和中科院物理所聯(lián)合主辦了“動(dòng)力電池梯次利用及回收”公益主題沙龍。本期沙龍匯集了與動(dòng)力電池回收再利用息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)參與方，包括了國網(wǎng)電動(dòng)汽車公司、北汽新能源、蔚來汽車等新能源汽車生產(chǎn)和運(yùn)營企業(yè)，比亞迪、國軒高科、中航鋰電、猛獅科技等動(dòng)力電池制造企業(yè)，東莞鉅威、杭州高特、海博思創(chuàng)等BMS和PACK企業(yè)，上海煦達(dá)、陽光普創(chuàng)、友信科技、南京濤博等梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商，以及來自中國電科院、北京低碳研究所等電力系統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)，北方車輛研究所等電池檢測機(jī)構(gòu)，中科院過程所、北京理工大學(xué)等電池回收技術(shù)研究機(jī)構(gòu)的專家，共同就梯次利用的市場前景、技術(shù)難題、經(jīng)濟(jì)性、商業(yè)模式、項(xiàng)目案例等進(jìn)行交流探討。

本文CNESA研究部將圍繞本次沙龍期間重點(diǎn)探討的問題，對(duì)各方觀點(diǎn)進(jìn)行梳理，希望為推動(dòng)梯次利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展和相關(guān)企業(yè)布局梯次利用業(yè)務(wù)提供參考。

1、電池一致性成為困擾梯次利用項(xiàng)目運(yùn)行的主要技術(shù)問題，需要以動(dòng)力電池全壽命周期研究為支撐

從2014年起，我國開始布局開展動(dòng)力電池梯次利用示范研究項(xiàng)目。2015年，中國電科院啟動(dòng)了兆瓦時(shí)級(jí)梯次利用電池儲(chǔ)能技術(shù)的研究，研發(fā)了1.2MWh梯次利用儲(chǔ)能試驗(yàn)系統(tǒng)，并于2016年在國家風(fēng)光儲(chǔ)示范電站投入試運(yùn)行，這是我國第一個(gè)兆瓦時(shí)級(jí)梯次利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。根據(jù)梯次利用儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，電池一致性問題成為項(xiàng)目運(yùn)行中面臨的最大挑戰(zhàn)。對(duì)此中國電科院專家來小康也表示，即使使用經(jīng)過千挑萬選的退役電池構(gòu)建梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)，仍然無法避免在儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過程中電池的一致性再次發(fā)生離散。

電池一致性已經(jīng)成為困擾梯次利用項(xiàng)目順利運(yùn)行的關(guān)鍵。動(dòng)力電池的一致性是相對(duì)的，不一致性是絕對(duì)的。電池出廠時(shí)，它的一致性是由生產(chǎn)線保證的，這是它先天的特質(zhì)。在使用過程中出現(xiàn)的不一致現(xiàn)象則是由車主駕駛習(xí)慣、充電方法、溫度場均勻性、自放電差異等多重因素共同造成，這是車企和電池企業(yè)無法控制的。由此也造成了電動(dòng)汽車在退役時(shí)電池容量分布極不均勻，呈現(xiàn)出從初始容量的80%到50%的巨大跨度。電池的不一致性將大幅度增加后期的運(yùn)行維護(hù)成本。同時(shí)，為了彌補(bǔ)電池不一致性帶來的缺陷，必然增加設(shè)計(jì)冗余量，這又增加了項(xiàng)目初投資。

動(dòng)力電池在容量、內(nèi)阻、電壓等方面表現(xiàn)出來的不一致問題，與電池自身的充放電反應(yīng)機(jī)理密切相關(guān)。若要真正破解一致性問題，還需要在動(dòng)力電池性能衰減機(jī)理和電池健康狀態(tài)評(píng)價(jià)等方面開展大量研究工作。參與本次CNESA公益主題沙龍的動(dòng)力電池和BMS企業(yè)也都在積極布局和開展相關(guān)工作，具體包括研究動(dòng)力電池在不同衰減壽命區(qū)間的電性能衰減趨勢，構(gòu)建合理的電池健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究退役動(dòng)力電池的性能狀態(tài)分布，構(gòu)建模塊化能量管理系統(tǒng)對(duì)不同性能的電池進(jìn)行分級(jí)管理，建立電池全壽命周期的監(jiān)測和管理數(shù)據(jù)庫等等。作為國內(nèi)最大的電動(dòng)汽車服務(wù)生態(tài)圈建設(shè)運(yùn)營企業(yè)，國網(wǎng)電動(dòng)汽車有限公司總經(jīng)理江冰表示，公司在運(yùn)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)構(gòu)建智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的同時(shí)，將會(huì)對(duì)動(dòng)力電池實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)施全方位監(jiān)控，為開展梯次利用提供有效的歷史數(shù)據(jù)支撐。相信隨著新電池性能不斷提升、對(duì)電池衰減機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深刻和電池車載歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的有效掌握，待其進(jìn)入梯次利用環(huán)節(jié)后，一致性問題也將不斷得到改善。

2、以PACK方式開展動(dòng)力電池梯次利用獲得業(yè)界普遍認(rèn)可

新能源汽車車載電池包（PACK）首先由鋰離子電池（電芯）經(jīng)過多級(jí)串并聯(lián)構(gòu)成蓄電池模組，再在電池管理系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控調(diào)度下，配合熱管理設(shè)備、高低壓電路、機(jī)械總成等附件系統(tǒng)，共同構(gòu)成車載能量存儲(chǔ)裝置，為車輛行駛提供動(dòng)力。不同車型的設(shè)計(jì)差異較大，因此不同新能源汽車的電池包系統(tǒng)在外部形狀、內(nèi)部構(gòu)成、系統(tǒng)配置等方面存在較大差異。

考慮到電芯、模組、電池包等動(dòng)力電池系統(tǒng)多級(jí)結(jié)構(gòu)，在開展梯次利用時(shí)，通常會(huì)面臨以何種級(jí)別的電池進(jìn)行重組的問題，這也直接影響到梯次利用的技術(shù)難度和相關(guān)成本。對(duì)此，本次CNESA公益主題沙龍的參會(huì)代表也表達(dá)了各自不同的觀點(diǎn)。

觀點(diǎn)一：應(yīng)當(dāng)基于不同車型采取不同的梯次利用重組策略。乘用車電池包系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)空間利用率要求高，不同車型電池包形狀差異較大，電池包級(jí)別的直接梯次利用難度稍大，而實(shí)現(xiàn)電池模塊或單體級(jí)別的梯次利用則比較容易。大巴車電池箱標(biāo)準(zhǔn)化程度高，在保證一致性的前提下，可實(shí)現(xiàn)多箱電池包級(jí)別的梯次利用，有利于低成本梯次利用。

觀點(diǎn)二：電池包拆解工作量大，會(huì)引入新的安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)整包形式進(jìn)行梯次利用。在本次CNESA公益主題沙龍中，北汽新能源、比亞迪等新能源汽車企業(yè)，杭州高特、東莞鉅威等BMS和PACK企業(yè)，陽光普創(chuàng)、友信科技等儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商都對(duì)直接使用退役動(dòng)力電池包進(jìn)行梯次利用表達(dá)了支持態(tài)度。對(duì)此，各方的觀點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：首先，電池包拆解工作量大、成本高，與之相比，換掉其中的短板電池后繼續(xù)以電池包方式進(jìn)行梯次利用是更為經(jīng)濟(jì)的方案；其次，不同電池包的使用環(huán)境和控制策略差異極大，拆解后重新配租的難度非常大；再次，電池從車上退下來不拆，在車上它的安全性是得到驗(yàn)證的，拆解以后對(duì)電池的安全性也帶來了新的問題；最后，拆解過程會(huì)導(dǎo)致大量物理廢棄，而重組又會(huì)引發(fā)新的物料成本。東莞鉅威基于實(shí)際測試項(xiàng)目的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表示，隨機(jī)選取12套電池包，整個(gè)電池不開包，經(jīng)過簡單循環(huán)、均衡和篩選之后，整個(gè)電池組內(nèi)電池參數(shù)的差異會(huì)變得相對(duì)較小，經(jīng)過100多個(gè)循環(huán)后，系統(tǒng)總?cè)萘窟€基本維持在這個(gè)水平。

關(guān)于整包形式梯次利用，有企業(yè)提出了自己的構(gòu)想：如果能夠開發(fā)一套比較通用的儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)，未來只需要把不同狀態(tài)的電池系統(tǒng)關(guān)聯(lián)進(jìn)去并建立相應(yīng)的通信系統(tǒng)。在內(nèi)部本身有一套完整系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，即使電池包多次更換，仍然可以確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3、各方積極布局梯次利用項(xiàng)目，運(yùn)行控制策略和系統(tǒng)集成方式成為優(yōu)化運(yùn)行效果的關(guān)鍵

本次CNESA公益主題沙龍匯集了來自梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的20余家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，其中有近半數(shù)單位已經(jīng)開展了梯次利用示范項(xiàng)目，主要應(yīng)用于用戶側(cè)儲(chǔ)能、通訊基站備用電源等領(lǐng)域。結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，參會(huì)企業(yè)普遍提出，為確保梯次利用系統(tǒng)有效運(yùn)行，并且盡可能弱化電池一致性和壽命問題，需要對(duì)梯次利用的運(yùn)行控制策略和系統(tǒng)集成方式進(jìn)行恰當(dāng)設(shè)計(jì)。

在運(yùn)行控制策略方面，梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電倍率應(yīng)當(dāng)控制在0.2C以內(nèi)，充放電深度應(yīng)當(dāng)控制在70%范圍內(nèi)。為此，應(yīng)用場景也將被嚴(yán)格限制，對(duì)于用戶側(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)的削峰填谷，充放電時(shí)間應(yīng)當(dāng)確保達(dá)到6-8小時(shí)。

在系統(tǒng)集成方式方面，小功率、多分支結(jié)構(gòu)成為梯次利用系統(tǒng)的優(yōu)選集成方案。上海煦達(dá)提出以一輛車上的電池作為一個(gè)電池簇并為之配備一個(gè)20kWPCS。為避免并聯(lián)電池之間充放電影響系統(tǒng)效率，電池簇之間采用彼此串聯(lián)的策略構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)，一個(gè)集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)使用9輛車的動(dòng)力電池系統(tǒng)。友信科技則提出，將車載電池系統(tǒng)做成低壓模組，避免大規(guī)模串并聯(lián)；電池模塊在交流側(cè)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，由此確保不同電池類型、不同批次、不同性能狀態(tài)的電池系統(tǒng)可以在同一個(gè)系統(tǒng)中協(xié)同運(yùn)行，每個(gè)模組充入電量和放出電量完全受控。此種電路結(jié)構(gòu)，可以在不改變電流總體方向的情況下，控制每個(gè)電池模塊的電流方向、選擇流入流出電池，也可以選擇電流不經(jīng)過電池，以此確保電池衰減不再是瞬間崩塌，而是一個(gè)逐漸衰減的過程。

4、足夠低的動(dòng)力電池回購成本成為確保梯次利用經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵

梯次利用電池系統(tǒng)與新電池系統(tǒng)成本之差是梯次利用能否實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。新電池性能快速提升和成本快速下降無疑成為影響梯次利用市場發(fā)展的最大競爭因素。在新生產(chǎn)的動(dòng)力電池系統(tǒng)已經(jīng)降低到1.3-1.5元/Wh的情況下，以何種價(jià)格回購?fù)艘蹌?dòng)力電池就成為影響梯次利用經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。

在本次CNESA公益主題沙龍期間，東莞鉅威、上海煦達(dá)等已開展梯次利用商業(yè)示范項(xiàng)目的企業(yè)也給出了明確的答案，即若要確保梯次利用實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，電池的回購價(jià)格應(yīng)當(dāng)?shù)陀谛码姵爻杀镜?0%。對(duì)此，企業(yè)的觀點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：首先，退役動(dòng)力電池的容量是要打折的，使用時(shí)的充放電倍率也要受到限制，再將重組過程中發(fā)生的測試篩選和輔助材料成本包括在內(nèi)，如若電池回購成本不能足夠低，梯次利用的經(jīng)濟(jì)性將無法得到保證。其次，回收的動(dòng)力電池的價(jià)格不可能過高，因?yàn)閯?dòng)力電池在投放市場時(shí)已拿到了高額補(bǔ)貼，再加上車子運(yùn)行數(shù)年，電池的成本已經(jīng)在退役前得到回收，因此退役動(dòng)力電池沒有理由定價(jià)過高。上海煦達(dá)更是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表示，在回收電池價(jià)格為新電池1/3的情況下，能夠?qū)⑻荽卫玫膬?chǔ)能電站的總成本降低到1.29元/Wh，整個(gè)項(xiàng)目是具備經(jīng)濟(jì)性的。

5、動(dòng)力電池資產(chǎn)所有權(quán)形式成為影響梯次利用商業(yè)模式和回收責(zé)任的關(guān)鍵

2016年起，我國開始針對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池回收利用發(fā)布專項(xiàng)政策和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。《電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)政策（2015年版）》明確提出，新能源汽車實(shí)施生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)承擔(dān)電動(dòng)汽車廢舊動(dòng)力蓄電池回收利用的主要責(zé)任，動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)承擔(dān)電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)售后服務(wù)體系之外的廢舊動(dòng)力蓄電池回收利用的主要責(zé)任，梯級(jí)利用電池生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)承擔(dān)梯級(jí)利用電池回收利用的主要責(zé)任，報(bào)廢汽車回收拆解企業(yè)應(yīng)負(fù)責(zé)回收報(bào)廢汽車上的動(dòng)力蓄電池。

新能源汽車生產(chǎn)運(yùn)營企業(yè)、動(dòng)力電池制造企業(yè)、BMS和PACK企業(yè)、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商、電池回收企業(yè)由于在梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈中所處位置和動(dòng)力電池資產(chǎn)所有權(quán)形式的不同，在開展梯次利用業(yè)務(wù)過程中選取的商業(yè)模式、面臨的問題和承擔(dān)的回收責(zé)任也有所差異。一方面新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)在開展動(dòng)力電池回收再利用時(shí)希望掌握電池原始工藝的PACK企業(yè)更多參與其中；另一方面專業(yè)化梯次利用系統(tǒng)集成商還會(huì)面臨來自電池回購規(guī)模和成本的壓力和難以獲取準(zhǔn)確電池歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的困擾。

由于商業(yè)模式不同，擁有動(dòng)力電池資產(chǎn)所有權(quán)的新能源汽車生產(chǎn)運(yùn)營企業(yè)或動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于梯次利用有著更加長遠(yuǎn)的規(guī)劃和更為樂觀的態(tài)度。以蔚來汽車為代表，采用電池?fù)Q電模式，車載動(dòng)力電池系統(tǒng)運(yùn)行二至三年后退役。電池系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電池系統(tǒng)的性能和健康狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，據(jù)此分析并篩選退役動(dòng)力電池包，通過多車并聯(lián)和靈活控制系統(tǒng)構(gòu)建比較大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，并選擇合適的場景開展示范應(yīng)用。

6、小結(jié)

CNESA研究部從2015年起長期關(guān)注退役動(dòng)力電池回收及其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的梯次利用。與前幾年的觀望態(tài)度相比，面對(duì)即將出現(xiàn)并且規(guī)模可觀的退役動(dòng)力電池，正在有越來越多的產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)方開始積極布局梯次利用技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用。

除了上面總結(jié)的五個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)，現(xiàn)階段梯次利用在如何選擇應(yīng)用場景，如何讓客戶認(rèn)同梯次利用產(chǎn)品的價(jià)值并確保售后服務(wù)，如何根據(jù)應(yīng)用場景確立梯次利用建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)方案，如何構(gòu)建健全渠道確保退役動(dòng)力電池系統(tǒng)得到有效回收，如何對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行安全運(yùn)輸儲(chǔ)存等方面仍然有大量工作要做。盡管現(xiàn)階段有很多問題仍然存在爭議并且無法找到明確的答案，但是相信隨著國家政策支持和標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，隨著各方協(xié)同參與的力度日漸增強(qiáng)，梯次利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中面臨的問題將逐步化解，退役動(dòng)力電池全壽命周期價(jià)值也將得到充分展現(xiàn)。CNESA研究部也將對(duì)梯次利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行持續(xù)關(guān)注。

責(zé)任編輯：lixin

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