高明飛，馬 科，李紅宇，李文斌，李 維

（1.西安航空學(xué)院，陜西 西安710077；2.河南速達(dá)電動(dòng)汽車(chē)科技有限公司，河南 三門(mén)峽472000）

1 前言

近些年來(lái)，中國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展很快。由于國(guó)家政策上的支持，電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)保有量增長(zhǎng)非常迅速。2013年，電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量不足2 萬(wàn)輛，但是到了2018年，銷(xiāo)量超過(guò)了100 萬(wàn)輛。目前，中國(guó)已經(jīng)成為新能源汽車(chē)的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)也已經(jīng)逐漸成熟起來(lái)。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，其對(duì)動(dòng)力蓄電池性能要求較高，在使用了若干年后，性能會(huì)逐漸下降，容量逐漸衰減。當(dāng)鋰離子電池的容量低于某一個(gè)值時(shí)（通常為初始容量的80%），就不能滿足電動(dòng)車(chē)使用要求，就必須退役下來(lái)。

隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，政府和企業(yè)都意識(shí)到能否解決好退役動(dòng)力電池的回收及利用對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的重要性。早在2012年，國(guó)務(wù)院已經(jīng)發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》[1]，在這個(gè)規(guī)劃里，對(duì)中國(guó)新能源汽車(chē)的發(fā)展指明了方向。在規(guī)劃里，指出了要制定和建立動(dòng)力電池回收利用的管理辦法以及梯級(jí)利用和回收管理體系，鼓勵(lì)發(fā)展專(zhuān)業(yè)化的電池回收利用企業(yè)。嚴(yán)格設(shè)定動(dòng)力電池回收利用企業(yè)的準(zhǔn)入條件，明確動(dòng)力電池收集存儲(chǔ)、運(yùn)輸、處理、再生利用及最終處置等各環(huán)節(jié)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理。

事實(shí)上，退役動(dòng)力電池并沒(méi)有完全報(bào)廢，仍然具有儲(chǔ)電的功能。對(duì)于很多退役的電池，可以滿足其他的性能要求較低的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，可以發(fā)揮退役電池儲(chǔ)電功能，充分利用蓄電池的使用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)效益的最大化，可以極大地降低新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的成本。

目前，對(duì)退役動(dòng)力電池的處理方式主要有無(wú)害化報(bào)廢拆解和梯次利用兩種[2]。如果對(duì)退役電池先進(jìn)行梯次利用，然后再進(jìn)行拆解以及無(wú)害化處理，可以最大程度地發(fā)揮電池的利用價(jià)值。

2 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外對(duì)于退役電池的梯次利用展開(kāi)了大量的研究，尤其是對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用方面進(jìn)行了深入探索。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為退役電池的一個(gè)重要的應(yīng)用方向，包括商業(yè)儲(chǔ)能和家庭儲(chǔ)能。在商用領(lǐng)域，可以作為通信基站的備用電源，在家庭儲(chǔ)能方面，可以作為家庭儲(chǔ)能的備用電源。

由于電池容量的衰減不是一個(gè)均勻的過(guò)程，對(duì)于新電池，開(kāi)始使用時(shí)，容量的衰減比較慢，當(dāng)反復(fù)充放電多次以后，容量的衰減加快。當(dāng)容量降低為80%以下時(shí)，電池容量的衰減比較迅速。如果電池在小電流、常溫下工作，電池的實(shí)際壽命可以得到延長(zhǎng)。因此，對(duì)于退役動(dòng)力電池，能在較好的使用環(huán)境條件下進(jìn)行使用，可以提升電池的使用價(jià)值。而儲(chǔ)能系統(tǒng)通常不需要頻繁地充放電，使用條件要比電動(dòng)汽車(chē)要好，比較適合作為退役電池的進(jìn)一步利用場(chǎng)地。

目前，國(guó)內(nèi)外在退役電池的儲(chǔ)能利用方面的研究與應(yīng)用方面取得了一定進(jìn)展，目前有三個(gè)方面的應(yīng)用：①作為備用電源。中國(guó)鐵塔公司用退役電池作為通信基站備用電源，目前已經(jīng)具備一定的規(guī)模。目前在全國(guó)大約有12 萬(wàn)個(gè)基站使用退役電池，總?cè)萘看蠹s為1.5 GW·h，這些電池主要是替代原有的鉛酸電池。如果現(xiàn)有的基站全部更換，大約可以容納200 萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的退役電池。②進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能。國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)在北京大興和張北建設(shè)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程。國(guó)家電網(wǎng)河南公司聯(lián)合了相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)建成梯次利用儲(chǔ)能示范工程[3]。這些示范工程的建立，為退役動(dòng)力電池的分選、重組到儲(chǔ)能利用提供了一個(gè)規(guī)范化的流程，為進(jìn)一步的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。③應(yīng)用到低速車(chē)領(lǐng)域。例如，國(guó)家電網(wǎng)浙江公司等企業(yè)探索將梯次利用電池應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)或低速車(chē)領(lǐng)域，無(wú)錫格林美與順豐公司合作研究城市物流車(chē)等。

3 儲(chǔ)能利用的技術(shù)問(wèn)題

在經(jīng)過(guò)了比較長(zhǎng)時(shí)間的使用后，在退役時(shí)，動(dòng)力電池在性能上明顯會(huì)出現(xiàn)衰退。因此，為了保證安全，首先要對(duì)退役的動(dòng)力電池能否被梯次利用進(jìn)行技術(shù)上的判斷。

從技術(shù)的角度來(lái)看，需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：①電池的安全性。退役電池由于經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的使用，內(nèi)部的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)可能存在缺陷和隱患。如果在使用過(guò)程中，受到外部的條件的誘發(fā)，可能會(huì)出現(xiàn)安全事故。對(duì)于退役動(dòng)力電池，目前還沒(méi)有比較成熟的安全性評(píng)估方法，一般可以按照這樣的步驟來(lái)實(shí)施[4]，即對(duì)電池進(jìn)行外觀的檢查和測(cè)試，通過(guò)觀察，確定其是不是存在極耳斷裂、鼓脹等物理缺陷；其次，如果外觀檢查沒(méi)有明顯物理缺陷，根據(jù)動(dòng)力電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽樣分析，分析主要是檢測(cè)電池在極限條件下的狀態(tài)；最后，對(duì)不同狀態(tài)的退役電池，利用抽樣分析的方式，分析其自產(chǎn)熱起始溫度、熱失控引發(fā)溫度等特性。②退役電池的狀態(tài)。評(píng)估電池當(dāng)前的容量（SOH）、內(nèi)阻等參量。同時(shí)，對(duì)于退役電池，還要考慮電池在梯次利用階段時(shí)，性能不斷發(fā)生變化，需要對(duì)容量的衰退趨勢(shì)進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)，進(jìn)而判斷電池的剩余壽命。

對(duì)于退役的動(dòng)力電池，一部分電池在車(chē)載使用階段具有完整的運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄，對(duì)這類(lèi)電池，可以通過(guò)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估電池的剩余容量、內(nèi)阻等當(dāng)前狀態(tài)。同時(shí)，還可以根據(jù)電池在使用過(guò)程中存在的過(guò)充電、過(guò)放電等非正常使用的情況，同時(shí)考慮退役時(shí)電池的物理外觀，例如是否有鼓脹來(lái)判斷電池的安全狀態(tài)。根據(jù)電池在使用過(guò)程中充放電的參數(shù)變化規(guī)律預(yù)測(cè)電池的衰減趨勢(shì)。

還有一部分退役動(dòng)力電池，在車(chē)載使用階段，其運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄不完整或者缺失，這類(lèi)電池狀態(tài)比較難估計(jì)。目前采用的一種方法是通過(guò)對(duì)電池模塊進(jìn)行若干次完整的充放電，在充放電過(guò)程中記錄電壓、溫度的變化情況，分析各個(gè)單體電池之間的一致性；然后采用抽樣檢測(cè)的方法，對(duì)電池抽樣分析，主要是測(cè)試電池在不正?；蛘邽E用條件下的安全性能，以及測(cè)試儲(chǔ)能工況下的衰退特性。這種方法能比較準(zhǔn)確地判斷電池的容量、內(nèi)阻等，同時(shí)還能判斷出單體電池之間的狀態(tài)差異；另外一種方法是選取幾個(gè)可快速測(cè)量的電池特征參量，通過(guò)對(duì)這些參量的快速評(píng)測(cè)來(lái)診斷電池的狀態(tài)。

從安全性角度來(lái)看，電池內(nèi)部的安全隱患一般具有隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，無(wú)論采用什么方法，都不能準(zhǔn)確地判斷出電池內(nèi)部的安全隱患；同時(shí)，由于退役電池的使用情況千差萬(wàn)別，還需要對(duì)電池的充放電倍率、環(huán)境溫度、充放電的深度以及充放電溫度等使用條件對(duì)電池性能的影響進(jìn)行判斷。

4 在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用

退役動(dòng)力電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及到家庭和商業(yè)儲(chǔ)能。國(guó)外已經(jīng)都取得了一定的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)目前主要應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域。

在商業(yè)儲(chǔ)能方面，由于涉及到的設(shè)備功率較大，需要大量的電池堆砌。同時(shí)為了保證供電的穩(wěn)定性，要求電池的性能狀態(tài)比較穩(wěn)定，對(duì)于電池的一致性要求較高。因此，對(duì)于商業(yè)儲(chǔ)能領(lǐng)域，在技術(shù)上，對(duì)退役電池新性能的狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步具有較高的依賴(lài)性。能否在商業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模的推廣應(yīng)用，很大程度取決于電池在車(chē)載運(yùn)行階段的運(yùn)行記錄以及后期的檢測(cè)及預(yù)測(cè)。因此，為了實(shí)現(xiàn)商用領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，需要對(duì)電動(dòng)車(chē)在車(chē)載運(yùn)行階段的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。新能源汽車(chē)企業(yè)以及國(guó)家相關(guān)部門(mén)有必要從技術(shù)上和制度上對(duì)電動(dòng)車(chē)的技術(shù)和使用進(jìn)行規(guī)范，這樣更加有利于退役電池在商用領(lǐng)域的大規(guī)模推廣。

在家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域，目前中國(guó)的民用電價(jià)較低，因此家用儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)型較差。因此，在家用儲(chǔ)能領(lǐng)域，更多的是作為備用電源。中國(guó)的城市電網(wǎng)比較穩(wěn)定，通常停電時(shí)間較短，對(duì)于備用電源的要求主要體現(xiàn)在電池的安全性能上。因此，對(duì)于家用儲(chǔ)能領(lǐng)域，更多的是考慮備用電源的安全性的評(píng)估，而對(duì)電池的容量的需求不高。

同時(shí)，對(duì)于風(fēng)能、太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū)，可以利用風(fēng)能或者太陽(yáng)能發(fā)電儲(chǔ)能。對(duì)于一些放牧地區(qū)，在牲畜轉(zhuǎn)場(chǎng)中，缺少必要的供電設(shè)施，可以利用風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電，利用退役電池進(jìn)行儲(chǔ)能，解決轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)程中的用電問(wèn)題。

5 結(jié)論

本文主要探討了退役動(dòng)力電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，退役電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用可能存在的技術(shù)問(wèn)題，以及在儲(chǔ)能鄰域的應(yīng)用的要求等方面進(jìn)行了初步的探討。在解決好電池的使用和退役后的檢測(cè)等技術(shù)問(wèn)題后，其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景將是非常廣泛的。