呂召玉，馬洪新

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

新能源電動(dòng)汽車廢舊電池回收體系的設(shè)計(jì)

呂召玉，馬洪新

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

隨著國內(nèi)新能源汽車的銷售量直線上升，合理的處理新能源汽車廢舊動(dòng)力電池已成為一個(gè)急需解決的難題。分析了各種類型動(dòng)力電池回收具有的經(jīng)濟(jì)效益，圍繞完成廢舊電池回收的梯級(jí)利用設(shè)計(jì)了一種方案。

磷酸鐵鋰電池；梯度回收；能量衰減

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.008

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-18-02

引言

一塊20克重的手機(jī)電池可使1平方公里土地污染五十年左右，那么，一組重以噸計(jì)的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池將會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常嚴(yán)重的危害；動(dòng)力電池是新能源汽車的重要零部件，使用周期一般為五年左右，電池到達(dá)使用周期后將成為廢舊電池，從第一批新能源電動(dòng)汽車下線，隨著時(shí)間推移將不斷會(huì)有電動(dòng)汽車退役，因此每年都會(huì)有大批量的新能源汽車電池需要更換、淘汰，所以廢舊電池回收具有重要意義。

1、動(dòng)力電池的回收價(jià)值

廢舊動(dòng)力電池含有的鉛、鎳以及酸堿電解質(zhì)溶液不僅會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞而且會(huì)對(duì)人身安全構(gòu)成威脅，然而廢舊動(dòng)力電池中又含有大量具有回收價(jià)值的金屬如鎳、錳、鋰，其中有色金屬的價(jià)格如表1。

廢舊電池的回收具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，中國未來動(dòng)力電池可回收利用金屬總量如表2[1]。

2、以德州寶雅汽車為例完成電池的梯級(jí)利用

德州寶雅新能源汽車有限公司(以下簡(jiǎn)稱德州寶雅)是山東寶雅新能源汽車股份有限公司以持股100%在德州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)投資建設(shè)的電動(dòng)汽車生產(chǎn)基地。

表1　動(dòng)力電池中有色金屬的價(jià)格

德州寶雅目前在市場(chǎng)所銷售的新能源汽車類型分為乘用車、出口車、商用車，其中乘用車以雅貝、童年、雅樂銷售量居首，出口車以童年為主，商用車主要以雅克為主。童年、雅貝電池類型以膠體免維護(hù)鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池作為動(dòng)力電池，雅樂以鉛酸電池作為動(dòng)力電池。

由于磷酸鐵鋰電池具有較好的安全性和經(jīng)濟(jì)性，廣泛應(yīng)用于寶雅新能源汽車系列，由于磷酸鐵鋰電池材料不含有貴重金屬，作為材料形式再資源化較低，根據(jù)廢舊電池回收企業(yè)、專家和技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)，采用機(jī)械法和濕法回收磷酸鐵鋰電池，當(dāng)材料回收率按照90%計(jì)算時(shí)回收處理1t廢舊磷酸鐵鋰電池的成本要高于再生材料的收益，所以通過對(duì)動(dòng)力電池市場(chǎng)的研究，以磷酸鐵鋰電池進(jìn)行梯級(jí)利用價(jià)值研究，廢舊電池回收流程如圖1所示。

表2　各類型動(dòng)力電池中的金屬含量 單位：萬噸

即把德州寶雅新能源汽車的電池從合格出廠到廢舊回收的多級(jí)利用分為六個(gè)梯級(jí)。

圖1　廢舊電池回收流程圖

回收流程：由于德州寶雅集團(tuán)并不制造新能源動(dòng)力電池，所以由專業(yè)動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)與德州寶雅合作，以逆向物流的方式對(duì)廢舊動(dòng)力電池進(jìn)行有效回收。主要流程為將德州寶雅的售后市場(chǎng)進(jìn)行整合，成立一個(gè)全新的售后網(wǎng)點(diǎn)，涵蓋汽車售后以及汽車廢舊動(dòng)力電池回收。消費(fèi)者將不能有效利用的動(dòng)力電池通知寶雅汽車售后的電池回收部門，售后網(wǎng)點(diǎn)對(duì)廢舊動(dòng)力電池進(jìn)行統(tǒng)一整理后，通知專業(yè)的廢舊動(dòng)力電池回收企業(yè)進(jìn)行合理的檢測(cè)歸類，再進(jìn)行梯度利用。另一種途徑為由專門的報(bào)廢汽車拆解企業(yè)對(duì)報(bào)廢汽車進(jìn)行拆解，對(duì)車輛上淘汰的動(dòng)力電池通知專業(yè)電池回收公司，廢舊動(dòng)力電池公司通過對(duì)電池的安全性以及可利用性進(jìn)行分類，通知?jiǎng)恿﹄姵鼗厥绽觅Y源再生企業(yè)，將可以利用的動(dòng)力電池合理分配給需要低動(dòng)力電池的企業(yè)，或銷售給有電池企業(yè)授權(quán)的回收網(wǎng)點(diǎn)，回收網(wǎng)點(diǎn)通過檢測(cè)不同電池廢舊程度、電量以及可再利用的價(jià)值，對(duì)電池匹配使用。

3、廢舊電池容量的衰減

由于一個(gè)高效的動(dòng)力電池可以利用的電量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)容量的80%-100%[2-3]時(shí)，是可以作為新能源動(dòng)力電池使用，其余的80%的電池能量則通過梯度利用的方式對(duì)動(dòng)力電池分級(jí)利用。電池的梯度利用則與電池電量的衰減息息相關(guān)[4]，以圖2動(dòng)力電池容量衰減圖為例，說明廢舊動(dòng)力電池的有效利用合理分配。

圖2　動(dòng)力電池容量衰減圖

在有效容量為標(biāo)準(zhǔn)容量的60%-80%時(shí)，可以作為儲(chǔ)能電池使用，儲(chǔ)能電池具有很高的可利用價(jià)值，不僅可以作為水力發(fā)電、太陽能等清潔能源使用，還可以作為普通的農(nóng)用機(jī)械的儲(chǔ)備電池使用。

在電池的放電末期即30%-60%的電量時(shí)作為應(yīng)急電源使用，因?yàn)閼?yīng)急電源電池具有使用時(shí)間短，使用頻率低的特點(diǎn)，這個(gè)階段的電池能滿足使用性能要求。

所以在對(duì)廢舊動(dòng)力電池拆解前對(duì)電池進(jìn)行多個(gè)梯度回收利用，大大提高了動(dòng)力電池有效生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以有效降低動(dòng)力電池30%-60%成本。

一個(gè)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力，決定著這個(gè)企業(yè)在本行業(yè)中的地位，因此創(chuàng)新是企業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)德州寶雅也是如此。合理的進(jìn)行電池回收與人類賴以生存環(huán)境以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益息息相關(guān)，電池回收涉及到整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈，小企業(yè)和個(gè)體戶投資率低，設(shè)備簡(jiǎn)陋，不能作到對(duì)廢舊電池中的有價(jià)值資源進(jìn)行合理、有效回收，且回收效率低，因此健全統(tǒng)一高效，高技術(shù)的廢舊電池回收企業(yè)顯得迫在眉睫。德州寶雅在山東省內(nèi)作為新能源汽車行業(yè)的領(lǐng)跑者，通過整合地方小企業(yè)，和政府合作，發(fā)揮政府的主導(dǎo)作用，積極探索建立高效的廢舊電池回收體系，對(duì)整個(gè)新能源汽車行業(yè)具有指導(dǎo)意義。

4、總結(jié)

通過分析各種類型動(dòng)力電池的回收價(jià)值，依據(jù)動(dòng)力電池的衰減趨勢(shì)，明確梯級(jí)利用是新能源汽車廢舊電池回收體系的主要方法，提高了動(dòng)力電池有效生命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，降低生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，有效減少廢舊電池產(chǎn)生的污染。

[1]黎宇科.建立我國新能源汽車動(dòng)力電池回收利用體系的設(shè)想[J].行業(yè),2012,（1）:28-32.

[2]馬武芳.汽車空氣動(dòng)力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

[3]許洪國.汽車運(yùn)用工程[M].北京,人民交通出版社,2015.

[4]朱廣燕,動(dòng)力電池回收利用研究[J].電源技術(shù),2015,(7):1564-1566.

Design of waste battery recovery system of new energy electric vehicle

Lv Zhaoyu, Ma Hongxin
( School of Automotive Engineering, Shandong Dezhou University, Shandong Dezhou 253023 )

With domestic sales of new energy vehicles straight rise,appropriate treatment of waste battery of new energy vehicles has become an urgent problem. Analysis of the different types of battery has the economic recovery around the complete recycling of used batteries cascade utilization devised a scheme.

Lithium iron phosphate Battery; Gradient recycle; Energy attenuation

U462.1

A

1671-7988 (2016)11-18-02

呂召玉，（1993-），男，本科，就讀于德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，方向：車輛工程。馬洪新，（1968-），男，副教授，碩士，就職于德州學(xué)院汽車工程系。研究方向：汽車運(yùn)用工程。