錢(qián)幫芬，周壽斌，朱明海

（1.創(chuàng)同（揚(yáng)州）信息工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225600；2.江蘇華富儲(chǔ)能新技術(shù)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225600；3.華富（江蘇）鋰電新技術(shù)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225600）

0 引 言

能耗雙控的時(shí)代背景下，新能源技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。尤其是如今的新能源汽車(chē)行業(yè)最受矚目，電動(dòng)汽車(chē)、油電混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)張帶動(dòng)了動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用[1]。但是鋰電池也存在著壽命到期及后續(xù)回收處理的相關(guān)問(wèn)題。新能源汽車(chē)的動(dòng)力鋰電池容量隨著使用年限和頻次的增加而逐漸下降，直到有一天鋰電池不足以供應(yīng)電動(dòng)新能源汽車(chē)的續(xù)航里程要求時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行更換淘汰。就目前新能源汽車(chē)在我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)、銷(xiāo)售的市場(chǎng)占有量來(lái)看，在數(shù)年后將會(huì)有大批量的退役鋰電池面臨著處置難題。經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，從電動(dòng)汽車(chē)上淘汰的動(dòng)力鋰電池能夠滿(mǎn)足通信基站所需要的備電儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此研究新能源汽車(chē)退役鋰電池在通信行業(yè)的梯次利用問(wèn)題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。這將是解決退役電池處理難題、提高鋰電池資源利用率的重要途徑。

1 鋰電池的梯次利用現(xiàn)狀分析

我國(guó)注重能源的回收利用與環(huán)境保護(hù)，各地政府、國(guó)家電網(wǎng)電力單位與企業(yè),及相關(guān)行業(yè)公司陸續(xù)開(kāi)展了對(duì)鋰電池的梯次應(yīng)用相關(guān)研究并取得了一定的成果[3]。如國(guó)網(wǎng)北京公司進(jìn)行的“電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池梯次利用技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目研究，該項(xiàng)目主要致力于將退運(yùn)電池梯次利用與直流快充站相結(jié)合并且配以千瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，穩(wěn)定電壓節(jié)點(diǎn)等技術(shù)與設(shè)備來(lái)提高充電站的工作效率、縮減項(xiàng)目成本進(jìn)而提升綜合運(yùn)營(yíng)收益。我國(guó)鋰電池在通信領(lǐng)域的梯次應(yīng)用也已經(jīng)有所嘗試，在2015年時(shí)由中國(guó)鐵塔股份有限公司開(kāi)展了動(dòng)力鋰離子電池梯次利用備電儲(chǔ)能研究，主要進(jìn)行通信基站鋰電池回收再利用的實(shí)踐，并應(yīng)用鋰電池來(lái)替換傳統(tǒng)的鉛酸電池[4]。傳統(tǒng)的鉛酸電池非常笨重，使用非常不便且鉛酸電池的使用壽命也相對(duì)較短，在更換鋰離子電池后得到一定程度的改善。

雖然我國(guó)已經(jīng)逐步開(kāi)展了鋰電池的梯次利用的嘗試和研究，但從總體上來(lái)看，我國(guó)鋰電池體系利用尚未形成完整的運(yùn)行體系，還需要一定時(shí)間來(lái)進(jìn)行實(shí)踐探索。本文就鋰電池在通信行業(yè)應(yīng)用的可行性及相關(guān)要求進(jìn)行分析。

2 鋰離子電池在通信行業(yè)梯次利用的可行性分析

正常環(huán)境下使用的鋰電池其性能的變化、結(jié)構(gòu)的老化并不會(huì)特別的劇烈。如果鋰離子電池在正常使用的過(guò)程中（未受到嚴(yán)重的外部沖擊、碰撞、穿刺、浸水等等；未經(jīng)過(guò)劇烈的充放電過(guò)程以及并未長(zhǎng)期在超過(guò)合理使用溫度閾值的環(huán)境下使用）發(fā)生了容量陡降即容量跳水的現(xiàn)象，大概率是因?yàn)殇囯x子電池其本身的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的問(wèn)題，如在鋰離子電池生產(chǎn)的過(guò)程未能精確進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)境條件的控制，生產(chǎn)過(guò)程引入了多余的水分、雜質(zhì)等[5]。一般情況下大部分的鋰離子電池都具備梯次利用的條件，鋰離子電池本身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或者在使用過(guò)程發(fā)生了損壞的情況是少數(shù)的。小概率事件并不影響鋰離子電池在通信行業(yè)梯次利用的可行性[6]。

3 鋰電池在通信行業(yè)的應(yīng)用要求

我國(guó)通信行業(yè)的備用電源主要以鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池和鈦酸鋰電池為主，不同構(gòu)造材質(zhì)的電池各有優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。主要根據(jù)使用的環(huán)境和場(chǎng)景進(jìn)行選擇，不同材質(zhì)的電池在不同領(lǐng)域的應(yīng)用也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)通信領(lǐng)域的備電電池而言，主要從電池的容量特性、安全性能、電磁兼容性、BMS要求、機(jī)械安全性、電器電子安全性和環(huán)境安全性等方面綜合考量并且還應(yīng)兼顧電池運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和使用壽命[7]。

在溫度特性方面，鋰電池能夠耐受從0到55的閾值范圍。經(jīng)研究表明，鋰電池能夠在這個(gè)溫度范圍內(nèi)正常、穩(wěn)定的進(jìn)行工作。在安全性能方面，鋰電池具備儲(chǔ)電電池所應(yīng)具備的過(guò)充電性能、阻燃、絕緣、深度放電、抗穿刺、抗擠壓性能特點(diǎn)。絕緣強(qiáng)度完全能夠滿(mǎn)足鋰電池在通信領(lǐng)域作為備電、供電設(shè)備的要求[8]。從電池的電磁兼容性方面考慮，鋰離子電池的防靜電放電干擾性能、傳導(dǎo)騷擾限值、輻射騷擾限值、浪涌抗擾性能參數(shù)指標(biāo)也都更優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸電池。而通信行業(yè)對(duì)備電電池在BMS方面的指標(biāo)要求則是應(yīng)具備BMS開(kāi)啟狀態(tài)電池靜置耗能來(lái)節(jié)約能源；應(yīng)具備充電總電壓高保護(hù)及恢復(fù)功能和放電總電壓低報(bào)警功能來(lái)保障電池充電過(guò)程的安全性；應(yīng)具備單體電池電壓低保護(hù)和高保護(hù)及恢復(fù)功能以及過(guò)溫保護(hù)、低溫保護(hù)恢復(fù)功能，從而確保電池在工作運(yùn)行過(guò)程中能夠應(yīng)對(duì)不同電壓狀況和環(huán)境條件并保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。除此之外，在電池設(shè)備適配性方面的三遙要求、通訊接口、存儲(chǔ)功能、電壓精度、電流精度、容量精度、溫度精度參數(shù)也是不可忽視的、重要指標(biāo)的一部分。

上述在通信領(lǐng)域?qū)潆?、供電電池所提出的參?shù)要求，鋰離子電池和動(dòng)力鋰離子電池均表現(xiàn)出了高度的適配性。充分證明了鋰電池在倍率放電、高低溫充放電、安全性能、性能一致性、電氣保護(hù)性能、BMS控制策略等方面的優(yōu)越性。由此可見(jiàn)，鋰離子電池在通信領(lǐng)域的梯次利用是非?？尚械牟⑶沂鞘謨?yōu)越的。不僅僅能夠應(yīng)用鋰離子電池來(lái)替換傳統(tǒng)的鉛酸電池，彌補(bǔ)通信行業(yè)中鉛酸電池在電磁兼容性和BMS要求方面的短板且極大提升了動(dòng)力鋰離子電池的資源利用率，通過(guò)梯次應(yīng)用的方式為國(guó)家能源節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略助力。積極響應(yīng)國(guó)家對(duì)新能源技術(shù)發(fā)展與推廣的響應(yīng)政策，在保障能耗雙控、節(jié)能減排的前提下進(jìn)一步提高資源利用率。為廣大新能源汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池的再回收、再利用問(wèn)題提供解決方案，為新能源技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣排除后顧之憂(yōu)。

4 鋰離子電池在通信行業(yè)的梯次應(yīng)用措施分析

4.1 動(dòng)力鋰電池的回收與篩選

動(dòng)力鋰離子電池進(jìn)行梯次利用之前，對(duì)其進(jìn)行批量回收與篩選工作是非常必要的。因?yàn)槊拷M鋰離子電池的使用情況和損耗情況都不盡相同，不同鋰電池之間往往在性能衰減方面并不具有一致性。為了避免損耗嚴(yán)重甚至故障頻發(fā)的劣質(zhì)電池影響了在通信行業(yè)的梯次利用品質(zhì)，需要按照容量、內(nèi)阻、自放電率、荷電狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的分類(lèi)篩選。通過(guò)初步品質(zhì)篩選后，還需要再進(jìn)一步進(jìn)行分類(lèi)成組。為了保障梯次利用的鋰電池組能夠穩(wěn)定、安全為通信設(shè)備進(jìn)行備電、供電，應(yīng)當(dāng)按照統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)核查同一電池組中的全部鋰電池。此外，還應(yīng)當(dāng)確保成組中最低單體參數(shù)在參數(shù)允許范圍之內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用電池組性能的高效發(fā)揮。

企業(yè)可以通過(guò)測(cè)試篩選或者大數(shù)據(jù)分選等方式對(duì)所回收的動(dòng)力鋰離子電池進(jìn)行針對(duì)性的篩選。就鋰電池的外觀完好情況、靜態(tài)開(kāi)路電壓狀況、內(nèi)阻及自放電率狀態(tài)等等參數(shù)進(jìn)行篩選。通過(guò)大數(shù)據(jù)信息技術(shù)能夠在動(dòng)力鋰電池在新能源汽車(chē)上的使用狀況、電池電壓、SOC等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和分析。企業(yè)可以利用大數(shù)據(jù)相關(guān)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行輔助篩選，淘汰掉發(fā)生故障或性能?chē)?yán)重下降的動(dòng)力鋰離子電池。及時(shí)發(fā)現(xiàn)單體電池在新能源汽車(chē)上運(yùn)行過(guò)程的異常參數(shù)和維修記錄[10]。然后可以根據(jù)鋰電池在通信設(shè)備上梯次利用的標(biāo)準(zhǔn)要求及分類(lèi)分組進(jìn)行分選。應(yīng)用信息大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行篩選能夠顯著簡(jiǎn)化鋰離子電池的篩選過(guò)程，大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄功能為鋰電池的再利用節(jié)省時(shí)間成本和人工成本。

4.2 鋰離子電池的重組與檢測(cè)

從新能源汽車(chē)回收的鋰離子電池并不能單純的應(yīng)用于通信行業(yè)，需要通過(guò)拆分與重組的方式組裝成新的電池組。因此，動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用過(guò)程中需要考量每個(gè)單電池的質(zhì)量狀況，在確認(rèn)其電池容量、荷電狀態(tài)及內(nèi)阻等指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)后才能夠?qū)⑺麄兇?lián)起來(lái)供通信設(shè)備備電使用。對(duì)于其中參數(shù)發(fā)生偏離、外觀狀態(tài)異常或是有記錄發(fā)生過(guò)較為嚴(yán)重故障的電池要篩選剔除，從而確保重組電池組的整體性能和安全性。

完成動(dòng)力鋰電池的拆分重組工作后，還應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行電池組質(zhì)量驗(yàn)收檢測(cè)。因?yàn)楸旧硗ㄐ判袠I(yè)的設(shè)備數(shù)目就很龐大，并且設(shè)備運(yùn)行過(guò)程對(duì)環(huán)境條件、電壓電流的穩(wěn)定性要求較高。不僅如此，梯次利用的鋰電池組正式投入通信領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)往往需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間不間斷的工作，運(yùn)行過(guò)程也不會(huì)有工作人員專(zhuān)職看守。所以在重組電池投入使用之前對(duì)其進(jìn)行供電功能、充電功能、安全性能等方面的檢測(cè)是必不可少的，比如容量測(cè)試、BMS監(jiān)測(cè)功能測(cè)試、BMS保護(hù)功能測(cè)試。只有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)的梯次利用電池組才能夠正式應(yīng)用于通信設(shè)備的備電、供電。

4.3 鋰電池梯次利用的局限性分析

目前我國(guó)的新能源汽車(chē)整體還處于新型階段，新能源技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，動(dòng)力電池的故障率顯著降低并且使用壽命往往都在5～8年甚至更長(zhǎng)。因此目前動(dòng)力鋰離子電池梯次應(yīng)用的主要局限性是退役動(dòng)力鋰電池?cái)?shù)量相對(duì)較少。不過(guò)隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的龐大占有量和未來(lái)我國(guó)新能源技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，退役鋰離子電池?cái)?shù)目將會(huì)變得十分龐大。成熟的電池技術(shù)也為鋰電池的回收再利用提供了保障。

其次，鋰電池在通信行業(yè)的梯次利用還存在著成本方面的局限性。鋰電池整體數(shù)目少，回收利用較為不便。企業(yè)難以形成規(guī)?；瑒?dòng)力鋰電池梯次利用成本偏高。再加上需要對(duì)回收的鋰電池進(jìn)行篩選、拆解、重組和相關(guān)性能的測(cè)試，加大運(yùn)行成本的支出。新能源汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家聚焦于動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，并未將其退役后梯次利用的相關(guān)問(wèn)題加以考量[11]。這就使得在技術(shù)方面給動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用加大了難度，如動(dòng)力鋰電池之間多為鎳條激光焊接連接，退役后電池想要進(jìn)行拆除、分選和成組工作量會(huì)增加。

5 結(jié) 論

總的來(lái)說(shuō)，將退役后的動(dòng)力鋰離子電池梯次應(yīng)用于通信行業(yè)是可行的，同時(shí)也是十分具有現(xiàn)實(shí)意義的。鋰電池的諸多優(yōu)點(diǎn)能夠在通信領(lǐng)域得到再一次的展現(xiàn)，這不僅提升了我國(guó)的資源利用率同時(shí)也是響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的號(hào)召，為助力新能源技術(shù)的發(fā)展而做出的貢獻(xiàn)。雖然目前還存在著成本和鋰電池?cái)?shù)量上的局限性，不過(guò)這些問(wèn)題隨著新能源動(dòng)力汽車(chē)在大眾市場(chǎng)的推廣與認(rèn)可將會(huì)得到解決。