解鵬 朱鴻勝 王雷 李曉衛(wèi)

摘要：新能源汽車產業(yè)不斷發(fā)展，車用動力電池退役數(shù)量不斷增加，退役動力電池梯次利用可以帶來經濟和環(huán)境雙重效益。在動力電池回收利用企業(yè)中，大量的動力電池單體需要進行檢測篩分，以應對不同應用場景對動力電池的充放電性能要求。快速循環(huán)充放電法是基于“GB/34015-2017車用動力電池回收利用余能檢測”的高效檢測方法，可以大大提高回收利用企業(yè)生產效率，滿足梯次利用動力電池參數(shù)支撐的需求，包括電池剩余電量、充放電性能等。為動力電池回收利用企業(yè)實現(xiàn)產業(yè)規(guī)模化提供了一種新的單體動力電池檢測篩分試驗方法。

關鍵詞：新能源汽車;退役動力電池;性能檢測篩分;快速循環(huán)充放電

中圖分類號：TM721? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0201-03

0? 引言

近年來，隨著全球新能源汽車產業(yè)的不斷發(fā)展，全球乘用電動汽車動力電池退役總量也在逐年攀升。2020年11月2日國務院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》提出到2025年新能源汽車銷量占當年汽車總銷量的25%;到2030年，新能源汽車形成市場競爭優(yōu)勢，銷量占當年汽車總銷量的40%。服役期折損20%電量為退役條件來計算，2021-2030年，全球乘用電動汽車動力電池退役總量將會達到1285萬噸，中國新能源汽車動力電池退役總量將會達到705萬噸，占全球總量將超過50%[1]。大規(guī)模動力電池的退役對循環(huán)經濟發(fā)展帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，建立生態(tài)環(huán)境與經濟協(xié)調發(fā)展的新能源汽車動力電池產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也將成為產業(yè)發(fā)展的重要內在動力之一。

目前我國退役動力電池的回收和管理依然處于探索和少量試點階段。動力電池回收企業(yè)根據(jù)動力電池包進行預處理后進行分解、檢測、篩選，對余能較高且能滿足特定應用場景儲能需求的單體進行重組梯次利用。對于部分性能較差的廢舊電池單體進行拆解和材料回收。汽車動力電池要求其能量密度高、充放電循環(huán)多、使用環(huán)境適應性好[2]。因此作為電動汽車動力電池退役下來，仍然有足夠的儲能性能，通過梯次利用服務于其他應用場景中，如低速電動車、移動儲能裝備、通信基站、家庭儲能等。

目前動力電池回收企業(yè)主要參照“GT/B34015-2017 車用動力電池回收利用余能檢測”、“GT/B31486-2015 電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗方法”、“GT/B34015.2-2020 車用動力電池回收利用梯次利用要求”等標準執(zhí)行?；厥展に囈严鄬Τ墒欤蠖鄶?shù)企業(yè)自動化水平仍有待加強，通過開發(fā)汽車退役動力電池快速檢測技術將會大大提升動力電池回收生產線效率。在單體檢測方法上國內還未有成熟的快速檢測篩選分級退役電池的技術，也有少數(shù)企業(yè)開展了基于動力電池運行大數(shù)據(jù)分析的余能、剩余壽命與性能等殘值的快速評估與分級篩選研究工作。

動力電池生產廠同一批次出廠產品具有同一型號規(guī)格和相同參數(shù)，出廠檢驗可以按照相同評價標準進行檢測評價，且按照國家標準執(zhí)行抽樣檢測：外形尺寸及質量抽樣1%，室溫放電容量抽樣：5只（總量≤500）、10只（總量≤500）。與此不同的是對于動力電池回收利用企業(yè)，對進入回收利用階段的每一個動力電池單體均需要逐一進行性能檢測，給回收企業(yè)檢測篩分工作帶來了極大的工作量。另外，進入回收利用企業(yè)的動力電池多具由多種不同型號，基于循環(huán)工況下的快速充放電測試可以記錄多個充放電循環(huán)中的各項參數(shù)，分析計算單體電池各項指標參數(shù)，且具有循環(huán)工況間隔時間短的特點，對于單體動力電池的快速篩分提供了有效的方法和途徑。

1? 快速循環(huán)充放電法實驗依據(jù)

1.1 車用動力電池回收檢測流程? 車用動力蓄電池本身就屬于危險品在使用、檢測和重組的過程中需要嚴格按照產品要求進行試驗。根據(jù)GB/T27611-2011《再生利用品和再制造品通用要求及標識》對再制造品的通用要求：“依據(jù)相應新產品的檢測方法，再制造的質量、安全、性能、環(huán)保等各項指標不低于原型產品相關標準要求”[3]。在二次使用之前，蓄電池必須符合梯次利用的條件，并嚴格按照標準規(guī)范進行檢測并使用。車用動力電池在進入電池回收回收企業(yè)后，一般要求對不同廠家、不同動力蓄電池類型進行同型號分類;對同類型（同廠家、銅材料、同型號）符合梯次利用要求的動力電池進行按容量等級分類，并重新組合使用在同一梯次利用產品中。

動力電池回收利用檢測及檢測標準：

根據(jù)國內市場主流車型質保政策，主機廠對動力電池提供的三包承諾也有所差異，如提供“8年/15萬公里剩余容量不低于80%”、“8年或16萬公里剩余容量不低于65%”、“5年或10萬公里剩余容量不低于9格（滿電12格）”等要求。對于動力電池容量判定條件均高于標稱容量55%。因此最新國家標準要求“25℃±2℃條件下，動力電池包（模塊、單體）的1I5電流值的放電容量應不低于標稱容量的55%”[4]。（注：I5：5小時率放電電流）。

1.2 快速循環(huán)充放電實驗依據(jù)? 根據(jù)“GB/34015-2017車用動力電池回收利用余能檢測”關于單體蓄電池充電及放電實驗條件的要求。鋰離子蓄電池單體的充電規(guī)程按照GB/T31486-2015中6.2.4執(zhí)行，其充電電流采用1I5（A）;單體蓄電池在25℃±2℃的放電容量按照GB/T31486-2015中6.2.5執(zhí)行，其中放電電流采用1I5（A）;測得室溫放電容量即為蓄電池單體在室溫下余能。GB/T31486-2015中同時提出“室溫下，單體蓄電池先以1I1（A）電流放電制企業(yè)技術條件中規(guī)定的放電終止電壓，擱置1h（或企業(yè)提供的不大于1h的擱置時間），然后按照企業(yè)提供的充電方法進行充電”[5]。對于回收利用企業(yè)可以根據(jù)實際情況按照不低于標準要求的檢測方法對回收利用電池進行檢測篩分。

2? 快速循環(huán)充放電法及檢測數(shù)據(jù)分析

2.1 單體電池快速循環(huán)充放電法? 快速循環(huán)充放電實驗是一種符合規(guī)范要求，適用于動力電池回收利用企業(yè)快速檢測篩分電池的檢測試驗方法。該方法采用高于規(guī)范要求的試驗條件，縮短試驗各工步和循環(huán)之間的間隔時間，提高檢測效率，解決回收利用企業(yè)檢測條件有限和檢測工作量巨大的矛盾，快速完成待測動力電池單體進行余能檢測，產品篩分工作。

快速循環(huán)充放電實驗單個循環(huán)中包含恒流恒壓充電工步、靜置1工步、恒流放電工步、靜置2工步，共4個工步一個循環(huán)。恒流恒壓充電工步按照不低于1I5（A）要求，取不小于2.5倍1I5（A）作為恒流充電電流，恒流充電截止電壓取該型號單體工作電壓上限3.650V，恒壓充電電壓3.650V，恒壓充電截止電流設置為不低于規(guī)范要求的0.05I1（A）。靜置工步一為充電后靜置，設置靜置時間為不大于1h，可根據(jù)企業(yè)實際情況設置。恒流放電電流去不小于2.5倍1I5（A），放電截止電壓根據(jù)實際被測蓄電池最低工作電壓設定為不低于其最低工作電壓。靜置工步二為放電后靜置，靜置時間為不大于1h，可根據(jù)企業(yè)實際情況設置。測試條件均為室溫下進行（25±2℃）。

以某廠型號為32135柱狀國產動力電池單體為例，該型動力電池為磷酸鐵鋰電池、標稱電壓3.2V、標稱容量15Ah、工作電壓范圍2.0-3.650V，該型號具體性能參數(shù)如表1所示。

因試驗條件的選擇影響到試驗耗時和檢測效率，在符合規(guī)范要求的情況下，循環(huán)工況中設置的充放電電流越大，其充放電工步耗時越短;靜置時間直接影響靜置工步占用時長。在試驗中取恒流充電與放電電流為8000mA（約為2.67I5），充電截止電壓為3.650V，恒壓充電截止電流設置為300mA;靜置工步一與靜置工步二分別設置為5min和10min。單一工況試驗條件如表2所示。此試驗條件下，完成32135柱狀動力電池單體充放電循環(huán)一次耗時約為4h，若按照“GB/34015-2017車用動力電池回收利用余能檢測”采用1I5（A）充放電電流進行試驗，則至少需要12小時。

2.2 32135單體電池試驗數(shù)據(jù)分析? 試驗中由工控機實時采集每個單體電池電壓、電流值，并記錄采樣時間。使用積分求和的方法計算出累計充電容量、累計充電能量、累計放電容量、累計放電能量，每一工步結束后重新累計，測試共計完成6次充放電循環(huán)，實際耗時24h19min：2020-11-23 13：41：00.017-2020-11-24 14：00：33.517。如圖1所示。

根據(jù)充放電過程產生的試驗數(shù)據(jù)可以看出該型號單體電池充放電性能，為動力電池篩分、判斷單體重放電性能提供有力支持，同時根據(jù)記錄試驗數(shù)據(jù)可以通過積分計算并導出，各個循環(huán)中充電總容量和放電總容量，通過數(shù)據(jù)該型號單體電池剩余容量情況。如圖2所示，可以看出該32135柱狀動力電池剩余SOC均在98%以上，狀態(tài)良好，符合梯次利用要求。

隨著動力電池回收利用產業(yè)鏈的不斷完善，和回收利用企業(yè)生產工藝的不斷進步，汽車動力電池梯次利用的場景也日漸多樣化，如低速電動車、應急電源、通信基站、家庭儲能等等。不同應用場景對儲能裝置的充放電要求也有很大差異，為了更加合理的對動力電池進行梯次利用，除了對廢舊電池進行剩余容量測試之外，還應該有更多差異化、多樣化的動力電池狀態(tài)篩分條件[6]。根據(jù)快速充放電實驗數(shù)據(jù)可以計算出單體電池更多篩分參數(shù)，如表3所示，可以作為不同應用場景需求的儲能裝置選擇依據(jù)。

3? 結論

隨著新能源汽車保有量日益增加，退役動力電池回收利用成了行業(yè)發(fā)展和社會關注的重點。退役動力電池梯次利用的政策法規(guī)不斷完善，動力電池退役收集率也在逐年增加;與此同時，進入回收企業(yè)的動力電池單體數(shù)量日益增加，且不能按照出廠出廠檢驗方法進行抽樣檢查。本文以某國產型號32135柱狀磷酸鐵鋰電池為試驗對象，參照現(xiàn)行國家標準，根據(jù)動力電池梯次利用場景的不同，提出了高于“GT/B34015-2017 車用動力電池回收利用余能檢測”要求，且符合當下動力電池回收利用企業(yè)經濟效益要求的動力電池快速循環(huán)充放電檢測方法。通過試驗對比可以看出該試驗方法耗時相當于規(guī)范所需1/3，可以滿足梯次利用動力電池參數(shù)支撐的需求，包括電池剩余電量、充放電性能等。該方法中試驗參數(shù)可變，適應不同應用場景下動力電池梯次利用試驗需求，為動力電池回收利用企業(yè)實現(xiàn)產業(yè)規(guī)?；峁┝艘环N新的單體動力電池檢測篩分試驗方法。

參考文獻：

[1]楊耀，坤張，博梁韻，琳盧強.廢舊動力電池回收政策和技術現(xiàn)狀分析[J].汽車與配件，2021（1）：50-51.

[2]樊彬.SOC區(qū)間選擇對動力電池性能的影響[J].中國汽車2019（12）：40-44.

[3]GB/T27611-2011，再生利用品和再制造品通用要求及標識[S].

[4]GB/T34015-2017，車用動力電池回收利用 余能檢測[S].

[5]GB/T31486-2015，電動汽車用動力蓄電池性能要求及試驗方法[S].

[6]DB34/T3437-2019，車用動力電池回收利用 低速動力車梯次利用要求[S].