車用動力電池回收分級分選一致性問題的研究

　　摘 要：新能源汽車的主要動力源鋰電池一直倍受關注，而對于退役動力電池的階梯利用，已成為行業發展的關鍵，文章總結了我國車用動力電池發展的趨勢、動力電池的回收利用與技術現狀，具體分析了電池回收中分級篩選中的難點，最后對我國動力電池梯次利用的發展做了總結與展望，指出動力電池的篩選技術是動力電池在梯次利用中的關鍵。

　　關鍵詞：電池回收;分級分選;一致性

　　1 新能源汽車動力電池發展趨勢

　　據《中國汽車產業發展報告》預測，到2030年的時候，我國電動汽車總規模將接近6500萬輛[1]。新能源汽車未來將被廣泛推廣，它的主要動力是磷酸鐵鋰電池。預計于2020年左右現有的新能源汽車用動力鋰電池會進入報廢期，在我國新能源汽車動力電池的報廢周期一般約在3至5年，到2025年我國新增的梯次利用電池潛在規模約33.6GW·h。退役動力電池的梯次利用產業呼之欲出。

　　2 動力電池的回收利用與技術現狀

　　2.1 動力電池的回收利用

　　從當前電池回收的迫切性來看，公共領域服務的新能源汽車，主要是鋰動力電池，因其退役電池規模大，已成為電池梯次利用的重點領域。

　　本文提到的電池回收利用主要是指退役動力電池回收后的再次利用。再次利用又可分為梯次利用和再生利用。梯次利用是指將廢舊動力電池應用到其他領域的過程，包括電池包、電池組、單體電池，可以一級利用也可以多級利用。再生利用是對于退出梯次利用的動力電池進行拆解、檢測和分類后的二次使用。

　　2.2 回收電池的分級分選

　　我國2017年12月實施《車用動力蓄電池回收利用拆解規范》，2018年2月實施《車用動力電池回收利用余能檢測》，在技術規范方面提出了指導意見。

　　退役電池的梯次利用依據電池容量的衰減程度分三級：第一級是電池包梯次利用、第二級為電池組梯次利用、第三級為單體電池級的梯次利用，見圖1。目前技術發展上已從單體電池的拆解，發展成為電池組及電池包的回收使用，這要求梯次利用技術緊跟趨勢。

　　第一級電池包梯次利用階段，電池容量大于或等于80%，即動力電池做為正常能源電池在車中被使用，當電池包異常時，要對電池包進行檢測評估，從而對整個電池包進行替換。目前常用非接觸式方法進行篩選，如計算機斷層掃描技術[2]、超聲無損檢測技術[3]，以及大數據分選技術等。

　　第二級電池組梯次利用階段，電池使用容量處于60%-80%，最適合在儲能領域，如通信基站、水利、風能、太陽能等使用。從第一級淘汰下的整包電池進行拆解，形成多個電池組，經過檢測評估出性能相近、一致性、魯棒性好的電池組進行重組使用，有問題的電池組淘汰到第三層級。

　　第三級單體電池梯次利用，此階段將上一級淘汰下來的電池組拆解成單體電池，通過對單體電池容量等指標檢測篩選后，單體電池以串、并聯的方式以多種組合形式再配組，成組電池要進行評估測試，在保證重組電池安全性、一致性、穩定性情況下進行集成，開展梯次利用。重組后電池主要使用在用戶側/微電網，如企業、家庭的小型儲能領域，或低速電動車等領域。

　　從梯次利用的過程中可以看出，回收電池各級中的篩選技術在其中起到至關重要的作用，精確的容量檢測與容量配置是電池健康使用的保證。

　　3 重點技術分析

　　目前在梯次利用中對回收動力電池的容量配置研究不多，研究主要集中在對電池組均衡技術、電池容量估算、電池性能的分析等方面，電池容量的均衡直接關系著電池的一致性。對退役電池再利用的基礎是電池包、重組電池的一致性是目前研究的難點。

　　3.1 電池容量估算分析

　　目前電池容量分級篩選方法較少，對電池容量衰退研究多些。文獻[4]采用統計學非參數檢驗方法研究了歐姆內阻、電荷轉移電阻和鋰離子擴散系數與容量之間的相關性，以此了解電池衰減的原因。文獻[5]建立分數階等效電路模型實現電池容量的狀態估算，但對采集數據要求高，目前較難達到要求。文獻[6]提出了一種簡化P2D模型來估算電池容量的方法，但模型較復雜難以應用。筆者所在公司的授權發明專利“一種鋰離子電池容量分選器技術”(ZL2013105675526)，可解決重組電池測試中電池容量一致性不好時，因過充/過放而使重組電池組壽命減少的問題。此技術包括至少一個鋰離子電池容量分選器，工作原理是將滿容量的鋰離子電池接入鋰離子分選器中，隨后單片機通過AD采集實時監測鋰子電池的輸出電壓和輸出電流，最后單片機計算出鋰離子容量值。此技術可以同時檢測多個鋰離子電池，只要單片機的AD采集口足夠多。

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