鄧梅玲 杜 彬 韓文生 謝漫茜 胡嘉琦 符永高

（中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

世界各國(guó)大力推進(jìn)新能源汽車的普及推廣，以應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境挑戰(zhàn)。我國(guó)2009年開(kāi)始把電動(dòng)汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并在《中國(guó)制造2025》汽車領(lǐng)域規(guī)劃中，將節(jié)能與新能源汽車列為重點(diǎn)領(lǐng)域之一，明確提出了到2025年新能源汽車在國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)占比達(dá)15 %的發(fā)展目標(biāo)［1］。充電設(shè)施是電動(dòng)汽車重要的配套設(shè)施，其發(fā)展情況直接影響了新能源汽車的市場(chǎng)接受度。充電設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營(yíng)主要有政府主導(dǎo)模式、企業(yè)主導(dǎo)模式、混合模式和眾籌模式［2］。近年來(lái)，我國(guó)從頂層設(shè)計(jì)、建設(shè)獎(jiǎng)勵(lì)、電價(jià)優(yōu)惠、行業(yè)管理等方面出臺(tái)多項(xiàng)相關(guān)政策促進(jìn)充電設(shè)施多模式發(fā)展，預(yù)計(jì)2022年前我國(guó)的充電設(shè)施數(shù)量就將突破200萬(wàn)臺(tái)。

電動(dòng)汽車充電設(shè)施具有使用壽命，首批建設(shè)的電動(dòng)汽車充電設(shè)施運(yùn)行至今已超過(guò)10年，開(kāi)始大批量進(jìn)入退役年限。充電設(shè)施的零部件包括外殼、固定硬件、電氣電路設(shè)備、電子器件、線路板、高低壓線束等等?；厥詹鸾饪傻玫戒X、鐵、銅等金屬和塑料等產(chǎn)物，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》的廢線路板，若處理不當(dāng)會(huì)造成生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)甚至發(fā)生安全事故，反之經(jīng)過(guò)合理規(guī)范拆解與再利用，則可產(chǎn)生大量可再生資源，因此規(guī)范合理處置即將大量退役的充電設(shè)施已迫在眉睫。

1 充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)及購(gòu)車補(bǔ)貼等政策驅(qū)動(dòng)下，全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，2020年，中國(guó)繼續(xù)保持電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量和保有量世界第一的市場(chǎng)地位。根據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)顯示，截至2020年底，全國(guó)新能源汽車保有量達(dá)492萬(wàn)輛，占汽車總量的1.75 %，比2019年增加111萬(wàn)輛，增長(zhǎng)29.18 %，其中，純電動(dòng)汽車保有量400萬(wàn)輛，占新能源汽車總量的81.32 %[3]。新能源汽車增量連續(xù)三年超過(guò)100萬(wàn)輛，呈持續(xù)高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，與此同時(shí)，中國(guó)也成為充電設(shè)施發(fā)展最快的國(guó)家。

如表1及圖1所示，2016年至2020年，我國(guó)充電設(shè)施保有量快速增長(zhǎng)，截至2020年12月，公共及個(gè)人充電設(shè)施達(dá)到168.1萬(wàn)個(gè)[4]，相較于2019年增長(zhǎng)45.2萬(wàn)個(gè)，增幅達(dá)到37.9 %，保有量全球第一。充電設(shè)施分布目前仍以經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)為主，如圖2所示，北京、廣東、上海、江蘇、浙江公共充電設(shè)施數(shù)量均超過(guò)5萬(wàn)臺(tái)[5]，位居全國(guó)前列，5個(gè)地區(qū)的公共充電設(shè)施的保有量占到全國(guó)保有量的近50 %，公共充電設(shè)施區(qū)域集中度較高。

圖1 我國(guó)充電設(shè)施保有量增長(zhǎng)情況

圖2 2020年部分省份充電設(shè)施保有量情況

表1 我國(guó)充電設(shè)施保有量[4]

充電設(shè)施的使用年限在一般正常情況下為5～10年，部分在使用過(guò)程中因功能要求、環(huán)境適應(yīng)性要求、防護(hù)要求、安全要求、絕緣要求、充電輸出要求等等檢測(cè)不合格會(huì)提前淘汰。自2006年比亞迪在深圳建設(shè)首個(gè)電動(dòng)汽車充電站以來(lái)，第一批充電設(shè)施已經(jīng)逐步進(jìn)入淘汰期，同時(shí)由于第一代、第二代充電設(shè)施技術(shù)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、存在安全性低、與整車接口兼容性差、通信故障率高、環(huán)境適應(yīng)性差等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致報(bào)廢周期提前到來(lái)。根據(jù)充電設(shè)施增長(zhǎng)趨勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)將出現(xiàn)“百萬(wàn)級(jí)臺(tái)/年”的充電設(shè)施報(bào)廢量。

2 充電設(shè)施資源化前景

電動(dòng)汽車充電設(shè)施可分為直流充電樁、交流充電樁，壁掛式充電樁、立式充電樁，一體式充電樁、分體式充電樁等，不同類別、不同功率的充電樁在外形、體積、重量和結(jié)構(gòu)上都有所區(qū)別，從產(chǎn)品拆解回收的角度，可將充電樁分為5大類（如表2所示）。

表2 充電樁分類

充電樁一般主要由外殼、電氣控制單元、充電控制器、充電單元、人機(jī)界面模塊、通信模塊、讀卡器、增值服務(wù)、電能表及監(jiān)控運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)等構(gòu)成。以某款160 kW的立式一體直流充電樁為例，其主要的零部件如表3所示。在零部件中，具有價(jià)值較高的部件及電子元器件如計(jì)費(fèi)單位、開(kāi)光模塊、充電模塊，價(jià)格在0.25～0.5萬(wàn)元/個(gè)之間，塑殼斷路器、交流接觸器、直流熔斷器、直流電能表、直流接觸器價(jià)格在0.03～0.05萬(wàn)元/個(gè)之間。上述高值部件及電子元器件的價(jià)值合計(jì)約為3萬(wàn)元/臺(tái)，如果實(shí)現(xiàn)無(wú)損回收及再利用，將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，帶來(lái)積極的環(huán)境效應(yīng)。

表3 某款160 kW的立式一體直流充電樁主要零部件

3 充電設(shè)施回收處理技術(shù)現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)乃至全球電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。因電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池含有鈷、鋰等稀貴金屬，其回收處理與資源化技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程都發(fā)展較快；而與之配套的充電設(shè)施報(bào)廢后拆解與再利用技術(shù)尚未開(kāi)展相關(guān)研究。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)充電設(shè)施基本由廢品回收站、廢品回收公司回收并進(jìn)行人工拆解，其回收處理過(guò)程可能產(chǎn)生廢水、廢氣、粉塵以及危險(xiǎn)廢物（主要為廢線路板），與報(bào)廢電視機(jī)、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、計(jì)算機(jī)等典型廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理行業(yè)相比，我國(guó)目前尚沒(méi)有針對(duì)退役充電設(shè)施的拆解處理、污染防治措施的國(guó)家或行業(yè)技術(shù)規(guī)范出臺(tái)，其處置過(guò)程仍處于粗放形式，具有一定的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

充電設(shè)施的類型不同，其拆解的復(fù)雜程度也不一樣，立式直流充電樁隨著功率的增大，其體積、重量、零部件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度逐步增加，拆解難度也隨之增加；而交流充電樁相對(duì)體積較小，重量較輕，零部件和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度較低，拆解難度也相對(duì)較低。不同類型充電設(shè)施拆解難度如表4所示。

2021年4 月，在人工回收拆解廢舊充電設(shè)施的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，由廣東邦普循環(huán)科技有限公司、中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司等單位起草，廣東省標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《退役電動(dòng)汽車充電設(shè)施回收拆解技術(shù)規(guī)范》[4]，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車充電設(shè)施回收拆解過(guò)程的術(shù)語(yǔ)和定義、總體要求、作業(yè)要求、貯存和管理要求、安全環(huán)保要求等，涉及了回收拆解企業(yè)信息采集、場(chǎng)地、設(shè)備設(shè)施、人員要求、作業(yè)流程、危險(xiǎn)廢物的收集、貯存和運(yùn)輸?shù)榷囗?xiàng)內(nèi)容。其作業(yè)流程，首先為：①預(yù)處理，主要進(jìn)行待拆解的充電設(shè)備是否存在線圈纏繞、零部件難以移除的情況檢查等準(zhǔn)備工作；②外部拆解，拆除充電設(shè)備外部連接的螺栓、螺帽等緊固件、充電線及配套線束、人機(jī)交互面板及配套線束、外部的塑料或金屬隔板、擋板、保護(hù)套等相關(guān)輪廓板件；③箱體拆解，拆除充電設(shè)備配套的冷卻設(shè)備、內(nèi)部緊固件、電氣控制和開(kāi)關(guān)元件、電子設(shè)備和集成電路板等及其他剩余部件，將機(jī)體內(nèi)部器件和外殼結(jié)構(gòu)徹底分離，同步收集拆解物。該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空白。

余海軍[5]等人提出一種充電樁自動(dòng)化拆解裝備及方法,如圖3所示，采用多臺(tái)機(jī)器手臂依次分布在拆解工作臺(tái)兩側(cè)，機(jī)器手臂設(shè)有激光切割設(shè)備、抓取裝置、電磁吸附裝置、吸盤提取裝置、環(huán)切裝置、抓取裝置等機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的顯示屏、電源控制模塊、充電槍、電表、計(jì)費(fèi)單元等部分關(guān)鍵部件的切割與分離，基本實(shí)現(xiàn)了連續(xù)式批量拆解工作。

圖3 一種充電樁自動(dòng)化拆解裝備示意圖

中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司開(kāi)展了針對(duì)充電設(shè)施的拆解與關(guān)鍵零部件分揀技術(shù)的研究，利用機(jī)械手臂更換不同規(guī)格的工具，逐一卸載計(jì)費(fèi)單位、開(kāi)光模塊、充電模塊、塑殼斷路器、交流接觸器、直流熔斷器等高值器件的固定螺絲，再通過(guò)機(jī)械手臂抓取和人工抓取相結(jié)合的方式進(jìn)行分離，利用機(jī)器視覺(jué)識(shí)別設(shè)備對(duì)分揀的產(chǎn)物進(jìn)行分類歸集。合肥工業(yè)大學(xué)針對(duì)廢舊充電設(shè)施的充電模塊、MOS管等關(guān)鍵器件開(kāi)展精準(zhǔn)檢測(cè)與再利用技術(shù)的研究，對(duì)充電設(shè)施失效電子元器件進(jìn)行損傷和特征參數(shù)收集以進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，并建立電子元器件的可靠性評(píng)價(jià)模型和可再利用性評(píng)估體系。但相關(guān)的研究仍處于起步階段，尚未形成成熟可應(yīng)用的技術(shù)。

總體而言，盡管已有少量的研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)開(kāi)展了廢舊充電設(shè)施的回收與再利用的探索工作，但國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究工作還很少，在回收管理、拆解工藝規(guī)劃、自動(dòng)化設(shè)備開(kāi)發(fā)、污染物分析與防控、規(guī)范化生產(chǎn)管理等方面都亟需突破：①研究充電設(shè)施的使用年限，超過(guò)使用年限的產(chǎn)品要求進(jìn)入報(bào)廢環(huán)節(jié)；②規(guī)范回收市場(chǎng)，確保廢舊產(chǎn)品流向正規(guī)回收渠道；③研發(fā)整機(jī)無(wú)損、高效的拆解技術(shù)與裝備，替代目前的人工作業(yè)，提高安全保障、降低生產(chǎn)成本、杜絕二次污染；④關(guān)鍵器件的性能測(cè)試與功能恢復(fù)技術(shù)，對(duì)可再利用的器件通過(guò)修復(fù)、重組、再匹配方式實(shí)現(xiàn)再利用，再利用價(jià)值梯級(jí)下降；⑤制定再利用標(biāo)準(zhǔn)與鼓勵(lì)再利用政策，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4 總結(jié)與建議

新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，而充電設(shè)施是不可或缺的配套設(shè)施，正在被廣泛建設(shè)和使用。由于使用年限、使用過(guò)程中質(zhì)量下降、充電標(biāo)準(zhǔn)變化等原因，充電設(shè)施逐步進(jìn)入大量更新報(bào)廢階段。廢舊充電設(shè)施的零部件仍具有較高剩余價(jià)值，富含銅、鐵、鋁等金屬，同時(shí)具有線路板等危險(xiǎn)廢物。因此，開(kāi)展廢舊充電設(shè)施的規(guī)范化回收處理具有顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益。然而，廢舊充電設(shè)施的回收處理目前尚未受到重視，其回收處理過(guò)程缺乏規(guī)范化的管理、先進(jìn)的技術(shù)支持，處于粗放式的發(fā)展初期。在當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)背景下，發(fā)展新能源汽車、建設(shè)充電設(shè)施、回收?qǐng)?bào)廢汽車與充電設(shè)施應(yīng)該是環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)問(wèn)題與發(fā)展目標(biāo)。對(duì)于廢舊充電設(shè)施回收處理技術(shù)的發(fā)展，需加強(qiáng)重視，出臺(tái)相關(guān)政策與管理措施，規(guī)范回收渠道和回收處理企業(yè)；加強(qiáng)服役中的充電設(shè)施的跟蹤管理，超長(zhǎng)使用、質(zhì)量不合格的充電設(shè)施應(yīng)及時(shí)淘汰；鼓勵(lì)突破拆解、質(zhì)量評(píng)估、再利用和資源化等關(guān)鍵技術(shù)，為廢舊充電設(shè)施回收處理行業(yè)提供技術(shù)支撐。