周 媛，王 鋒，信 天，周廣旭

(1.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250102； 2.山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所，山東 濟(jì)南 250014 )

隨著動(dòng)力電池規(guī)?；f增性退役，退役電池的安全可靠梯次利用成為聚焦點(diǎn)。我國(guó)高度重視退役動(dòng)力電池回收梯次利用的發(fā)展，已發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33598-2017《車用動(dòng)力電池回收利用 拆解規(guī)范》[1]、GB/T 34015-2017《車用動(dòng)力電池回收利用 余能檢測(cè)》[2]、GB/T 33598.2-2020《車用動(dòng)力電池回收利用 再生利用 第2部分：材料回收要求》[3]、GB/T 38698.1-2020《車用動(dòng)力電池回收利用 管理規(guī)范 第1部分：包裝運(yùn)輸》[4]和GB/T 34015.2-2020《車用動(dòng)力電池回收利用 梯次利用 第2部分：拆卸要求》[5]，分別明確拆解規(guī)范、余能檢測(cè)、材料回收要求、包裝運(yùn)輸和拆卸要求。各級(jí)地方政府和大批企業(yè)已經(jīng)在布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)，但目前還沒(méi)有相應(yīng)的安全認(rèn)證，梯次利用體系不健全，缺乏各環(huán)節(jié)的管理制度。

為推動(dòng)再利用的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，有必要對(duì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀和研究。美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)于2018年10月發(fā)布了UL 1974：2018《再利用電池的評(píng)估》[6]，以解決梯次利用電池的安全性和可靠性問(wèn)題，規(guī)范退役電池的合理再利用，在北美已經(jīng)進(jìn)行了產(chǎn)品/流程的標(biāo)準(zhǔn)化，值得借鑒。

本文作者對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解讀，重點(diǎn)分析UL標(biāo)準(zhǔn)對(duì)梯次利用電池和企業(yè)的技術(shù)要求，以便于完善相關(guān)程序和機(jī)制，從而促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提供安全、可靠、清潔的能源。

1 標(biāo)準(zhǔn)解析

1.1 標(biāo)準(zhǔn)概況

UL 1974適用于退役后再利用在能源存儲(chǔ)系統(tǒng)或其他應(yīng)用場(chǎng)景的電池包、模組和電芯的分類和分級(jí)過(guò)程，最初配置是用于電動(dòng)汽車或其他應(yīng)用。需要注意的是，該標(biāo)準(zhǔn)不適用于翻新電池，不包括翻新電池的過(guò)程。

該標(biāo)準(zhǔn)概述原本用于電動(dòng)汽車或其他應(yīng)用的電池包、模組和電芯如何進(jìn)行分類和分級(jí)，如何識(shí)別電池的健康狀況，以及如何評(píng)估退役電池梯次利用的可行性。通過(guò)分類和分級(jí)過(guò)程，確保梯次利用電池的性能，從而保證梯次利用電池的安全性和可靠性。這樣，退役電池回收后既可作為備用能源，又能儲(chǔ)存清潔可持續(xù)能源。

1.2 關(guān)于退役動(dòng)力電池分級(jí)

針對(duì)退役電池的合理再利用，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)分級(jí)進(jìn)行了如下規(guī)定：分級(jí)是由梯次利用企業(yè)根據(jù)指標(biāo)對(duì)電池包、模組和電芯進(jìn)行評(píng)估，以確定是否可以直接梯次利用，或根據(jù)健康狀況和剩余容量分類為若干等級(jí)，以確定最終用途的過(guò)程。

該標(biāo)準(zhǔn)指出，梯次利用企業(yè)需建立相應(yīng)的篩選分級(jí)機(jī)制和測(cè)試程序，并建議篩選分級(jí)過(guò)程控制遵照6σ法則。梯次利用企業(yè)對(duì)退役電池應(yīng)制定比新電池規(guī)格值下調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，如開(kāi)路電壓(OCV)、容量、內(nèi)阻、質(zhì)量和尺寸等。

1.3 重點(diǎn)解析

1.3.1 適用標(biāo)準(zhǔn)要求

梯次利用電池需要符合與最終梯次應(yīng)用場(chǎng)景匹配的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的相關(guān)要求，最終用途適用的標(biāo)準(zhǔn)要求見(jiàn)表1。

表1 適用標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)退役電池性能衰退程度，梯次應(yīng)用在低速車上應(yīng)滿足UL 2271《輕型電動(dòng)汽車用電池》[7]或UL 2580《電動(dòng)汽車用電池》[8]；應(yīng)用在固定式儲(chǔ)能(備電)中需滿足UL 1973《固定式、車輛輔助動(dòng)力和輕軌(LER)用電池》[9]，UL 1973還適用于應(yīng)用在休閑車中的輔助電源以及可移動(dòng)但用作固定能量存儲(chǔ)在臨時(shí)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的電池。

1.3.2 梯次利用電池技術(shù)要求

該標(biāo)準(zhǔn)提出，應(yīng)提供原廠文件，通過(guò)審查文檔確定電芯是否合格，以確保符合相關(guān)的安全測(cè)試程序。如果電芯從模組中不容易拆卸下來(lái)，則可采取模組測(cè)試確定合規(guī)性。梯次利用電芯符合性要求應(yīng)按表2涉及的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全測(cè)試。

表2 測(cè)試梯次利用電芯符合性的安全標(biāo)準(zhǔn) Table 2 Safety standards for testing the conformance of echelon utilization cells

該標(biāo)準(zhǔn)明確了退役電池梯次利用需要按照最終用途適用的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行組件檢查和安全測(cè)試，具體項(xiàng)目見(jiàn)表3。

表3 組件檢查和安全測(cè)試項(xiàng)目

外殼設(shè)計(jì)檢查內(nèi)容包括強(qiáng)度和材料兩個(gè)方面；BMS設(shè)計(jì)是從保護(hù)功能、保護(hù)冗余和保護(hù)可靠性/功能安全進(jìn)行檢查。在電池保護(hù)功能測(cè)試項(xiàng)目中，需要考核過(guò)充、過(guò)放、短路和不均衡充電；絕緣性能測(cè)試項(xiàng)目要考核絕緣強(qiáng)度和絕緣電阻；環(huán)境測(cè)試項(xiàng)目包括溫度循環(huán)和防水；抗燃燒特性考核需進(jìn)行外部火燒和單體電芯失效模擬項(xiàng)目。

1.3.3 梯次利用企業(yè)的技術(shù)要求

該標(biāo)準(zhǔn)指出，再利用工廠要建立各級(jí)程序文件和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)分析機(jī)制，信息收集和審查是初始分類程序的一部分。梯次利用企業(yè)應(yīng)收集并查看電池(包)、模組和單體電芯上的可用信息，了解設(shè)計(jì)及健康狀況。收集的主要信息內(nèi)容見(jiàn)表4。

表4 信息收集的主要內(nèi)容

BMS和輔助系統(tǒng)也必須收集和審查。BMS需收集：有關(guān)電流、電壓和溫度保護(hù)相關(guān)的零件編號(hào)、制造日期、制造商和BMS規(guī)范；通信協(xié)議；軟件更新版本；示意圖、電路板布局、算法、標(biāo)識(shí)及BMS使用、安裝、操作、編程和維護(hù)相關(guān)的信息。冷卻系統(tǒng)應(yīng)收集：與溫度和控制相關(guān)的制造商、零件編號(hào)和規(guī)格；冷卻劑和冷卻系統(tǒng)零件清單；有關(guān)安裝、故障排除、操作和維護(hù)等信息。其他系統(tǒng)主要收集：制造商、零件編號(hào)和規(guī)格；有關(guān)安裝、故障排除、操作和維護(hù)等信息。

梯次利用企業(yè)對(duì)退役電池進(jìn)行篩選的關(guān)鍵要素主要考核以下兩個(gè)方面：電芯/電池組及相關(guān)配件的履歷、異常電池需列入不合格品/拒收范圍。電芯/電池組及相關(guān)配件的履歷主要參考上面收集的信息進(jìn)行審查評(píng)估；需列入不合格品/拒收范圍的情況包括超期服役，過(guò)充/過(guò)放，經(jīng)歷濫用，經(jīng)受極高溫/低溫，經(jīng)歷水浸、火災(zāi)、碰撞等。

梯次利用企業(yè)可通過(guò)以下方法對(duì)退役電池進(jìn)行篩選：外觀的人工/自動(dòng)檢測(cè)、篩選分級(jí)機(jī)制、BMS數(shù)據(jù)分析、電池非破壞性拆解分析、追蹤存儲(chǔ)狀態(tài)和補(bǔ)電信息。

在分級(jí)過(guò)程中進(jìn)行評(píng)估時(shí)，除了檢查整個(gè)電池及輔助系統(tǒng)是否有明顯的損壞跡象(如裂紋、膨脹、明顯的氣味、變色或燒傷痕跡)，還須執(zhí)行以下測(cè)試程序：①電芯/電池模組OCV測(cè)量；②電池組高壓隔離有效性確認(rèn)；③容量檢測(cè)；④直流內(nèi)阻檢測(cè)；⑤BMS控制和保護(hù)組件檢測(cè)；⑥充放電單次循環(huán)測(cè)試(監(jiān)測(cè)電芯和模組的溫度、電壓和電流)；⑦自放電率。執(zhí)行測(cè)試程序時(shí)，③、④、⑥和⑦應(yīng)在整個(gè)電池包/系統(tǒng)及梯次利用的最小拆解單元上進(jìn)行，若最小拆卸單元是模組，在整個(gè)電池包/系統(tǒng)及梯次利用的模組上進(jìn)行；若最小拆卸單元是電芯，在整個(gè)電池包/系統(tǒng)及梯次利用的電芯上進(jìn)行。

如果梯次利用企業(yè)僅打算再利用模組或電芯，則電池包/系統(tǒng)上只需要進(jìn)行①和②的測(cè)試。如果不改變電池包/系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景，僅對(duì)拆卸后的模組或電芯進(jìn)行再利用到其他場(chǎng)景，則電池包/系統(tǒng)不需要進(jìn)行③和⑦的測(cè)試。

上述測(cè)試過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該記錄下來(lái)，以便進(jìn)行分類和跟蹤，該標(biāo)準(zhǔn)提出梯次利用企業(yè)要建立長(zhǎng)期數(shù)據(jù)分析機(jī)制，需要對(duì)電芯關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化：自放電率、常溫及低溫的充放電性能、健康狀態(tài)(SOH)、耐受異常情況的能力。

被篩選評(píng)估可進(jìn)行再利用的退役電池包、模組和電芯，還應(yīng)該按照UN 38.3《危險(xiǎn)物品運(yùn)輸試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》[18]進(jìn)行安全運(yùn)輸測(cè)試。

1.3.4 梯次利用電池的有效識(shí)別

梯次利用電池的標(biāo)識(shí)應(yīng)該是永久性且清晰可見(jiàn)的。梯次利用過(guò)程中應(yīng)該去除原始制造商的所有標(biāo)記，例如外部和內(nèi)部電池模組和電芯的銘牌、型號(hào)和商標(biāo)。梯次利用電池包、模組和電芯都應(yīng)帶有銘牌標(biāo)識(shí)，以便進(jìn)行有效識(shí)別。

2 可行性分析

退役動(dòng)力電池的來(lái)源和最終梯次應(yīng)用場(chǎng)景不確定，因此除了產(chǎn)品本身外，標(biāo)準(zhǔn)還要考慮來(lái)源和用途。拿到樣品后，要考慮如何確定梯次應(yīng)用場(chǎng)景；怎樣按最終用途進(jìn)行組件檢查和安全測(cè)試；怎樣進(jìn)行信息收集和審查；收集信息后如何篩選；在分級(jí)過(guò)程中進(jìn)行評(píng)估的檢測(cè)項(xiàng)目有哪些；以及如何進(jìn)行安全運(yùn)輸測(cè)試。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)以上流程如何通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估、如何規(guī)范化進(jìn)行了明確。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估在梯次利用過(guò)程中，整個(gè)流程的程序是否都能完成，在技術(shù)上是可行和可操作的。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)有全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，也是動(dòng)力電池最大的生產(chǎn)國(guó)家，需要利用并管理好退役動(dòng)力電池。本文作者對(duì)UL 1974進(jìn)行解讀，側(cè)重概述篩選評(píng)估過(guò)程中適用的標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)項(xiàng)目、收集和審查的信息內(nèi)容、篩選的關(guān)鍵要素、篩選方法和測(cè)試程序。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)解讀，可為退役電池的合理再利用規(guī)范化、梯次利用企業(yè)完善各級(jí)程序文件和數(shù)據(jù)分析機(jī)制，解決梯次利用電池的安全性和可靠性問(wèn)題，提供指導(dǎo)與參考。