2014年之前，各地方政府在電動汽車的推廣方面，大多雷聲大雨點小，原因大致有：產(chǎn)品不成熟；消費者認(rèn)可度不高；商業(yè)模式不明朗；成本和售價高昂；充電設(shè)施不完善等。除了各地政府搞的一些示范工程外，電動汽車的大規(guī)模商業(yè)普及顯得力不從心。我國政府2012年制定的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020)》中要求，到2015年實現(xiàn)累計銷量50萬輛的新能源汽車推廣目標(biāo)，到2020年則要求實現(xiàn)200萬輛生產(chǎn)能力和500萬輛累計銷量的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。

 

得益于政府近十年不斷加碼的政策扶持，社會大眾的環(huán)保意識逐步加強(qiáng)，各地方充電基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，以及國內(nèi)一批企業(yè)在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品推廣方面的持續(xù)努力，我國的電動汽車市場在2014年迎來了“井噴”發(fā)展的一年。那些在電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈上下游精耕細(xì)作的企業(yè)，也終于挺過了黎明前的黑暗，迎來了希望的曙光。

 

 

中國電動汽車市場的“一哥”比亞迪，押寶電動汽車十年，在政策和市場的雙重驅(qū)動下，也逐漸迎來了自己的收獲季。比亞迪在電動汽車的核心部件電池、電機(jī)、電控等領(lǐng)域都有完善的布局，產(chǎn)品類型涵蓋插電式混合動力乘用車(秦，唐等)，純電動乘用車(E6)，純電動商用車(K9)，以及其他一些細(xì)分車型。市場推廣方面，不但在中國市場成為領(lǐng)頭羊(市場占有率超30%)，在歐洲，北美和南美市場也屢有斬獲，成功躋身于全球新能源汽車領(lǐng)域的“大玩家俱樂部”。其暢銷車型“秦”的銷量，在2014年全球新能源汽車市場排名第7，預(yù)計今年的排名還將升高(2015年4月份全球排名第3)，讓我們看到了一絲“彎道超車”的希望。

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

在2014年發(fā)力的基礎(chǔ)上，預(yù)計今年中國市場的電動汽車銷量會超過15萬輛，雖然離中央政府規(guī)劃的銷量20萬輛，存量50萬輛的目標(biāo)尚有一些距離，但目標(biāo)已經(jīng)不再遙不可及。相信在“十三五”期間，通過全社會的共同努力，達(dá)成《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020)》中規(guī)劃的2020年目標(biāo)，并不是不可能。

 

 

二、 脆弱的環(huán)境承載力

 

電動汽車的推廣，環(huán)保是當(dāng)之無愧的主旋律，它承載著我們對創(chuàng)造美好生活家園的希望。隨著發(fā)電端可再生能源占比不斷提高，能源消費終端電動汽車占比不斷提高，整個社會對石化能源的依賴就會逐步下降，我們也會朝著全球碳排放目標(biāo)更進(jìn)一步。

 

在降低碳排放的同時，我們的電動汽車是否就像宣傳的那樣，對環(huán)境不會產(chǎn)生任何嚴(yán)重影響？或者說，我們要怎么樣做，才能在降低大氣污染的同時，不帶來其他嚴(yán)重的環(huán)境問題？

 

我們先看看傳統(tǒng)的干電池和鉛酸電池，如果回收和處理不當(dāng)對環(huán)境所造成的巨大危害。以下關(guān)于電池污染方面的信息，基本都來自百度，非本人原創(chuàng)。

 

我們?nèi)粘Ｋ玫钠胀ǜ呻姵兀饕兴嵝凿\錳電池和堿性鋅錳電池兩類，它們都含有汞、錳、鎘、鉛、鋅等各種金屬物質(zhì)，廢舊電池被遺棄后，電池的外殼會慢慢腐蝕，其中的重金屬物質(zhì)會逐漸滲入水體和土壤，造成污染。重金屬污染的最大特點是它在自然界是不能降解，只能通過凈化作用，將污染消除，同時也由于重金屬容易在生物體內(nèi)積蓄，從而隨時間的推移達(dá)到一定量之后，產(chǎn)生致畸或致癌變的結(jié)果，最終導(dǎo)致生物體死亡。一粒紐扣干電池可污染60萬升水，等于一個人一生的飲水量。一節(jié)電池爛在地里，能夠使一平方米的土地失去利用價值。

 

在鉛酸蓄電池的組成中，屬于有毒有害和腐蝕性物質(zhì)占據(jù)了較大的部分。其中，電解液硫酸占到電池總重量的16%左右，含鉛物質(zhì)的重量占70%以上。鉛酸蓄電池在生產(chǎn)和回收過程中產(chǎn)生大量的鉛煙、鉛塵及含鉛廢水等污染物，對環(huán)境造成較大的污染，同時對人們的生產(chǎn)生活也造成較大的危害。如果回收處理不當(dāng)，電池腐蝕后溢出的含鉛重金屬和酸性物質(zhì)不但嚴(yán)重污染土壤和水源，對空氣環(huán)境、生態(tài)平衡也會造成破壞，還會引發(fā)人體代謝、生殖及神經(jīng)等方面的疾病，鉛中毒在我國屬于比較常見的環(huán)境污染現(xiàn)象。

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

我國一年生產(chǎn)，消費多少干電池和鉛酸電池？以2014年的數(shù)據(jù)為例，堿錳和堿鋅這兩大類干電池產(chǎn)量總和即達(dá)到322億只，相當(dāng)于中國人在2013年大約人均消費22只干電池。鉛酸蓄電池在2013的總產(chǎn)量達(dá)到了204GWh，約相當(dāng)于人均消耗145Wh。

 

那么我們回收了多少干電池和鉛酸電池呢？據(jù)中國電池工業(yè)協(xié)會的估計，干電池正規(guī)回收比例不足2%，其他的基本都被混入生活垃圾進(jìn)行處理。鉛酸電池正規(guī)回收比例不足40%，其他都流向了各類黑作坊，或直接被當(dāng)作工業(yè)/生活垃圾處理掉。

 

一年多達(dá)上百億只各類化學(xué)電池未得到正確的回收和處理，而是被當(dāng)作垃圾進(jìn)行丟棄、焚燒、填埋，成千上萬噸有害的重金屬，如鉛、汞、鎘、鋅、鎳、錳等，以及各類化合物和酸性物質(zhì)，進(jìn)入空氣、土壤、河流以及地下水，變成巨大的難以根除的污染源，包圍著我們生存的每一寸空間，將造成持續(xù)上百年的污染。

 

再來看看電動汽車動力系統(tǒng)所采用的鋰離子電池，目前，全球電動汽車市場(不包含燃料電池汽車)，其動力電池類型主要有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷錳三元等，這些電池在退役后，是否會成為潛在的“污染源”？

 

鋰離子電池中不含汞、鎘、鉛等毒害大的重金屬元素，但鋰離子電池的正負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液等物質(zhì)對環(huán)境和人體健康還是有很大影響。因此，如將廢舊鋰離子電池采取普通的垃圾處理方法(包括填埋、焚燒、堆肥等)，其中的鈷、鎳、鋰、錳等金屬以及無機(jī)、有機(jī)化合物必將對大氣、水、土壤造成嚴(yán)重的污染，具有極大的危害性。廢舊鋰離子電池中的物質(zhì)如果進(jìn)入環(huán)境中可造成重金屬鎳、鈷污染(包括砷)，氟污染，有機(jī)物污染，粉塵和酸堿污染。廢舊鋰離子電池的電解質(zhì)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等，溶劑及其分解和水解產(chǎn)物，如DME、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物質(zhì)，可造成人身傷害，甚至死亡。

 

以我國電動汽車的發(fā)展速度，如果到2020年時，電動車市場存量超過500萬輛，以一輛車平均配備20kWh的電池來估算，約有1億kWh(1000 GWh)的鋰離子電池進(jìn)入汽車市場。如果回收處理不當(dāng)，所造成的環(huán)境危害，恐怕是數(shù)倍于干電池和鉛酸電池。

 

因此，如何應(yīng)對電動汽車后市場，合理的回收和利用汽車退役下來的動力電池，不是等電動汽車市場發(fā)展起來之后才去考慮和規(guī)劃的，而是應(yīng)該在當(dāng)前，進(jìn)行技術(shù)、市場、產(chǎn)業(yè)、政策、環(huán)保等各方面的研究和實踐，完善電動汽車市場的相關(guān)配套措施。

 

我們絕不能走先發(fā)展、后污染、再治理的老路，不要讓電動汽車這一被寄予厚望的“環(huán)保”之花，結(jié)出腐爛惡臭的果實。

 

[page]

 

三、 汽車領(lǐng)域動力電池規(guī)模

 

2012年之前，電動汽車的市場規(guī)模較小，更多的是在進(jìn)行示范工程推廣，以此帶動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2012~2014年，是市場規(guī)?？焖僭鲩L的時期，經(jīng)過前期的政策推動和產(chǎn)業(yè)積累，市場呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢，表現(xiàn)為車型多樣化(各大車企都推出了自己的代表產(chǎn)品)，商業(yè)模式多樣化(出租運(yùn)營、分時租賃、微公交等)，參與主體多樣化(傳統(tǒng)車企、新能源車企、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、其他類型企業(yè)等)。

 

進(jìn)入汽車市場的動力電池，與電動汽車發(fā)展態(tài)勢相同，也在最近幾年呈現(xiàn)出加速度發(fā)展的趨勢。市場的強(qiáng)勁需求，帶動了國內(nèi)原材料企業(yè)、電芯企業(yè)、電池pack企業(yè)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張，也吸引了國外的行業(yè)龍頭，如三星SDI，LG化學(xué)在中國建廠，更好的服務(wù)中國市場。

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

電動汽車動力電池的梯次利用分析

2014年中國鋰電行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)(來源于高工鋰電)

 

從市場集中度看，2014年中國動力電池產(chǎn)值前10企業(yè)占據(jù)總產(chǎn)值比例達(dá)到77%，市場份額集中在少數(shù)企業(yè)中。中國動力電池企業(yè)數(shù)量接近100家，而真正進(jìn)入整車供應(yīng)體系的企業(yè)數(shù)量不超過20家，市場兩極分化較為突出。由于2014年以來電動汽車市場出現(xiàn)井噴發(fā)展態(tài)勢，國內(nèi)一線動力電池企業(yè)產(chǎn)能緊張，市場供應(yīng)出現(xiàn)不足，給國外企業(yè)(三星SDI，LG化學(xué))和國內(nèi)二線企業(yè)進(jìn)入整車供應(yīng)體系提供了更多的機(jī)遇。

 

在技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展路徑上，各家動力電池企業(yè)也有所不同。2014年之前，得益于在安全性方面的良好表現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池是主流。隨著全球各國政府和企業(yè)，對電動車動力電池能量密度的要求逐步提高，鎳鈷錳三元材料電池將在未來5~10年成為市場供應(yīng)主體。此前，比亞迪主要在大容量的磷酸鐵鋰電池方面發(fā)力，在e6，秦，K9等車型上面進(jìn)行了大量的推廣應(yīng)用。從去年開始，比亞迪另辟蹊徑，研究磷酸鐵錳鋰電芯，應(yīng)用到新一代的e6，秦和唐等車型上面。CATL則在大容量的磷酸鐵鋰電芯和三元材料電芯兩方面發(fā)力，堅持自己的技術(shù)創(chuàng)新方向和市場領(lǐng)域，在國內(nèi)商用車和國外乘用車市場收獲頗豐。力神，萬向等企業(yè)緊跟國外主流產(chǎn)品，在小容量的圓柱形三元材料電芯市場取得不錯的成績，與江淮、上汽、奇瑞、吉利、眾泰等本土企業(yè)展開緊密合作。其他一些動力電池企業(yè)，如中航鋰電、國軒、比克、沃特瑪?shù)?，也都有自己的技術(shù)或產(chǎn)品相對“優(yōu)勢”領(lǐng)域。

 

從我們收集的梯次利用案例來看，在理論研究和示范工程方面較多，在商業(yè)化推廣方面，還處在初期的探索階段。

 

針對梯次利用的商業(yè)利益分析和技術(shù)可行性分析，已經(jīng)持續(xù)進(jìn)行了十年以上，相關(guān)的研究文章和分析報告也為數(shù)不少，已經(jīng)為產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展積累了一定的理論基礎(chǔ)。

 

在示范工程方面，大多集中于分布式發(fā)電、電網(wǎng)儲能和充電站等，多為中大規(guī)模的電池系統(tǒng)，比較適合課題性的研究和成果的展示，在應(yīng)用方面的探索，還需要更多樣化。

 

在商業(yè)應(yīng)用方面，家庭儲能、商業(yè)儲能、移動電源、應(yīng)急電源等小型靈活的設(shè)備，應(yīng)該可以盡快的打開市場梯次利用的市場，為企業(yè)的發(fā)展贏得先機(jī)。在本系列文章的第(四)部分，還有針對商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步分析。

 

總體來看，梯次利用雖然已經(jīng)引起政府部門、科研機(jī)構(gòu)、部分企業(yè)的關(guān)注和研究，但還沒有引起大量的資源投入，屬于“藍(lán)海”市場。隨著退役動力電池總量的爆發(fā)，這一領(lǐng)域所潛藏的巨大商業(yè)機(jī)遇，必將引起眾多企業(yè)的積極參與和激烈競爭。新的產(chǎn)品、新的技術(shù)、新的商業(yè)模式，在未來都會層出不窮。

 

一、 梯次利用的難點與挑戰(zhàn)

 

針對退役的動力電池，有兩種可行的處理方法，一種是直接作為工業(yè)廢品，進(jìn)行報廢和拆解，提煉其中的原材料，實現(xiàn)原材料的循環(huán)利用，這方面已經(jīng)有一些國內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)作；另一種方式，則考慮退役的動力電池，雖然已經(jīng)不滿足汽車的使用條件，但仍然擁有一定的余能，其壽命并未完全終止，可以用在其他領(lǐng)域作為電能的載體使用，從而充分發(fā)揮其剩余價值。

 

相對而言，梯次利用更能夠發(fā)揮產(chǎn)品的最大價值，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的利益最大化，是更為綠色和環(huán)保的做法。但梯次利用所面臨的難題和挑戰(zhàn)也非常的多，如果不能有效解決，就不能實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。

 

1. 電池拆解

 

動力電池退役時，是整個pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設(shè)計，其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計，模組連接方式，工藝技術(shù)各不相同，意味著不可能用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內(nèi)部模組。那么，在電池拆解方面，就需要進(jìn)行柔性化的配置，將拆解流水線進(jìn)行分段細(xì)化，針對不同的電池pack，在制定拆解操作流程時，要盡可能復(fù)用現(xiàn)有流水線的工段和工序，以提高作業(yè)效率，降低重復(fù)投資。

 

在拆解作業(yè)時，不可能完全實現(xiàn)自動化，必然存在大量的人工作業(yè)，而pack本身是高能量載體，如果操作不當(dāng)，可能會發(fā)生短路、漏液等各種安全問題，進(jìn)而可能造成起火或爆炸，導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，采取什么樣的措施和方法，確保電池拆解過程中的安全作業(yè)，是梯次利用的一個重點。

 

2. 剩余壽命預(yù)測

 

這里分兩種情況考慮，一種是動力電池在服役期間，其相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)有完整記錄，那么當(dāng)梯次利用的廠家拿到這些數(shù)據(jù)之后，結(jié)合電池的出廠數(shù)據(jù)，可以建立電池模組的簡單壽命模型，能夠大致估算出，在特定運(yùn)行條件下電池模組的剩余壽命(根據(jù)所設(shè)定的終止條件)。

 

另一種情況就惡劣的多了，動力電池的使用情況并無數(shù)據(jù)記錄，僅有出廠時的原始數(shù)據(jù)(如標(biāo)稱容量、電壓、額定循環(huán)壽命等)，使用過程未知，當(dāng)前狀態(tài)未知。當(dāng)梯次利用的廠家拿到電池后，如何判斷其健康狀態(tài)和剩余壽命呢？這就需要對每個模組進(jìn)行測試，先明確其當(dāng)前的健康狀態(tài)，然后要根據(jù)測試數(shù)據(jù)和出廠時的原始數(shù)據(jù)，建立一個對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)不同的材料體系，大致估算其潛藏的剩余價值。

 

第二種情況，梯次利用的成本會提高很多，測試設(shè)備、測試費用、測試時間、分析建模等，都會增加不少的成本，導(dǎo)致梯次利用的經(jīng)濟(jì)價值降低。基于有限的數(shù)據(jù)，對剩余壽命的預(yù)測也是不準(zhǔn)確的，這無疑又會增加梯次利用產(chǎn)品的品質(zhì)風(fēng)險，使得產(chǎn)品的生命周期成本較高。所以，如何做到快速無損的檢測，是該種情況下梯次利用的關(guān)鍵所在。

 

[page]

 

3. 系統(tǒng)集成技術(shù)

 

梯次利用，最合理的應(yīng)該是拆解到模組級，而不是電芯級，因為電芯之間的連接通常都是激光焊接或其他剛性連接工藝，要做到無損拆解，難度極大，考慮成本和收益，得不償失。

 

不同批次的電池模組，甚至來自不同廠家的電池模組，如何在同一系統(tǒng)中混用？這里面有幾個系統(tǒng)集成技術(shù)必須著重考慮并解決：

 

1) 分組技術(shù)

 

需要對不同的電池模組建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)材料體系、容量、內(nèi)阻、剩余循環(huán)壽命等參數(shù)重新分組。分組參數(shù)設(shè)定要合理，過大不好，模組離散性大，成組為系統(tǒng)后，對系統(tǒng)性能和壽命影響很大；過小也不行，分組過于嚴(yán)格，會導(dǎo)致可匹配的模組少，系統(tǒng)集成困難，產(chǎn)品成本很高。

 

2) 成組技術(shù)

 

什么類型的電池模組可以成組為系統(tǒng)，這需要結(jié)合產(chǎn)品定位和目標(biāo)市場(高端？中端？低端？)，現(xiàn)有電池模組等級和類型，以及產(chǎn)品開發(fā)具體目標(biāo)(性能，壽命等)，建立一個系統(tǒng)級模型，推算出相關(guān)的匹配系數(shù)，確定產(chǎn)品的總體方案。

 

3) 系統(tǒng)柔性設(shè)計

 

這里有兩個方面需要考慮：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，需要充分考慮不同模組可能具有不同的尺寸，重量和串并聯(lián)數(shù)，那么系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該是在X，Y，Z軸方向都有很大的彈性，以兼容不同的模組，固定方式既要考慮緊固性和可靠性，又要考慮彈性和便于快速裝卸；模組的線束連接方面，多柔性化考慮，做到可快插和快換。

 

4. 電池管理系統(tǒng)的魯棒性

 

(鋰)電池管理系統(tǒng)的設(shè)計，一直是個世界級的難題，直到目前為止，也沒有哪個公司在這個領(lǐng)域做到相當(dāng)?shù)某墒欤疃鄬崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化而已。針對電池組的優(yōu)化管理，尚無非常有效的解決方案，因為電芯并不是一個特性比較明確的物理系統(tǒng)，而是一個在不斷變化的化學(xué)系統(tǒng)，其各項參數(shù)都與運(yùn)行工況、外部環(huán)境、內(nèi)部劣化速度相關(guān)，隨時間在不斷的變化。國外在算法和理論研究方面走的比較早，在工程方面也有深厚積累，所以產(chǎn)業(yè)相對成熟。國內(nèi)在BMS軟硬件研發(fā)方面，起步較晚(最近幾年的事情)，理論研究不足，工程應(yīng)用是小步快跑，整體資源投入不足，各家企業(yè)都還沒有非常穩(wěn)定可靠的解決方案。

 

在梯次利用領(lǐng)域，BMS所要面對的情況，比汽車領(lǐng)域更為復(fù)雜。面對各種化學(xué)體系、各種規(guī)格和批次、各個生產(chǎn)廠家、各種健康狀態(tài)的電池模組，如何進(jìn)行有效的管理，確保他們在今后的歲月中健康工作，安度晚年？

 

在硬件方面，應(yīng)確保BMS的硬件歸一化設(shè)計，兼容各種不同的模組，而不必針對不同的模組和產(chǎn)品，開發(fā)多種規(guī)格的硬件產(chǎn)品。這樣可以簡化BMS的硬件開發(fā)、升級和維護(hù)，降低產(chǎn)品的成本。在軟件方面，需要做到底層軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和固定化，應(yīng)用層軟件做到模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，能夠自適應(yīng)各種類型的模組，并能夠自我學(xué)習(xí)，在運(yùn)行過程中為模組和電芯建立模型，做到智能化的監(jiān)控、預(yù)測、診斷、報警和各類在線服務(wù)。軟件的升級可在線進(jìn)行，并可遠(yuǎn)程升級。

 

5. 成本控制

 

毫無疑問，成本是梯次利用的最大優(yōu)勢，也是梯次利用經(jīng)濟(jì)效益的來源。那么如何做到良好的成本控制，將系統(tǒng)成本做到新電池產(chǎn)品的三分之一，甚至五分之一，將直接決定梯次利用是否能夠發(fā)展成為一個龐大的產(chǎn)業(yè)。

 

在原材料環(huán)節(jié)，如何以較低的成本拿到電池pack，如何降低pack和模組拆解的難度，如何針對不同pack復(fù)用流水線和工藝，如何簡化測試，如何建立電池模型等，都會影響后續(xù)的產(chǎn)品成本。

 

在產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)，如上面所講，系統(tǒng)集成是關(guān)鍵，電池模組混用、系統(tǒng)柔性化設(shè)計、BMS魯棒性設(shè)計等，都能有效降低產(chǎn)品物料成本。

 

在產(chǎn)品的運(yùn)維環(huán)節(jié)，如何確定合理的質(zhì)保年限，做到智能化的管理，遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等，都會影響產(chǎn)品的生命周期成本。

 

6. 產(chǎn)業(yè)鏈整合

 

動力電池的梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈，涉及到用戶(車主或商業(yè)運(yùn)營單位)、車企、動力電池企業(yè)、梯次利用企業(yè)，如何創(chuàng)造一個共生共贏的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，是必須要考慮的。

 

如果僅僅是后端的梯次利用企業(yè)獲利，那么用戶、車企、以及動力電池企業(yè)，就沒有足夠的動力去參與和推動動力電池的梯次利用，產(chǎn)業(yè)規(guī)模就難以起來。

 

這既需要政府層面建立相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，也需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的企業(yè)，一起緊密合作，嘗試成立電動汽車后市場的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，大家一起來參與，才能推動產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

 

7. 商業(yè)模式創(chuàng)新

 

對于動力電池的梯次利用衍生產(chǎn)品，客戶在知情的情況下，會對產(chǎn)品的性能、壽命、可靠性、安全性等心存疑慮，產(chǎn)品的推廣會存在一定的阻礙。在產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用方面，要充分考慮客戶的現(xiàn)狀和訴求，多種商業(yè)運(yùn)作方式相結(jié)合，在充分幫助客戶獲利的基礎(chǔ)上，獲得自己的利益。可充分借鑒其他行業(yè)的一些成功經(jīng)驗，如分期付款、分時租賃、盈利后結(jié)算、托管運(yùn)營、甚至免費供貨(靠后續(xù)增值服務(wù))等，探索梯次利用方面的有效商業(yè)模式。

 

二、 可靠性與安全性難題

 

1. 電芯的容量和內(nèi)阻離散性

 

即使經(jīng)過嚴(yán)格篩選的退役電池模組，在重新配對成組為系統(tǒng)之后，由于大多數(shù)電芯都已進(jìn)入生命周期的中后期，其老化(劣化)速度不一，并且情況較剛出廠的電池要惡劣的多，突出表現(xiàn)為容量和內(nèi)阻的差異越來越大，導(dǎo)致系統(tǒng)在可用容量和充放電功率方面越來越弱，可靠性問題嚴(yán)重。

 

這種老化速度的離散性變化趨勢，嚴(yán)重時會使得產(chǎn)品的性能和壽命遠(yuǎn)低于預(yù)期，增加產(chǎn)品的售后風(fēng)險。那么在技術(shù)研究上面，除了上述已經(jīng)談到了的分組和成組技術(shù)，還需要結(jié)合BMS的智能化管理和電力電子的功率變換技術(shù)，通過BMS在運(yùn)行過程中去“感知”這種變化趨勢，并找出系統(tǒng)的短板，再通過電力電子技術(shù)去平衡或彌補(bǔ)“缺陷”，一定程度而言，可以延緩這種加速老化的趨勢，延長使用壽命。

 

2. 潛在的安全隱患

 

針對拆借后的電池模組，僅通過目視檢查，是無法發(fā)現(xiàn)一些安全缺陷的，如輕微脹氣、漏液、內(nèi)短路、外殼破損、絕緣失效、極柱腐蝕等。如果這些安全缺陷不被檢查出來，相關(guān)模組用到新產(chǎn)品中，那么會導(dǎo)致新產(chǎn)品存在較為嚴(yán)重的安全隱患。采取簡單、快速而有效的檢查措施為拆解后的電池模組進(jìn)行安全“體檢”，這是非常重要的測試工序。

 

在新產(chǎn)品運(yùn)行過程中，BMS仍然承擔(dān)著電池“家庭醫(yī)生”的角色，必須時刻對安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，排查隱患，及時采取措施。在梯次利用市場，BMS的安全檢測功能顯得尤為重要，如同人到中年，身體自然不如年輕人那么健康，及時體檢，能夠發(fā)現(xiàn)大多數(shù)疾病的前兆。

 

三、 梯次利用的市場和商業(yè)前景

 

電動汽車動力電池的梯次利用，必須找到適合的市場，并能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，這樣才能推動產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，實現(xiàn)真正的變廢為寶，最大限度的挖掘剩余價值。

 

這個市場，不能是遠(yuǎn)期的市場，而應(yīng)該是當(dāng)前存在的市場，且退役的動力電池在該市場中具備一定的產(chǎn)品競爭優(yōu)勢，使得該市場中的相關(guān)企業(yè)有足夠的利益驅(qū)動，采用梯次利用的動力電池組作為部件。

 

經(jīng)過初步的分析，我們找到了動力電池梯次利用的3個潛在市場，這些市場既有足夠大的規(guī)模，也與電池產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)(其主要部件就是電池組)，動力電池的梯次利用技術(shù)可以與這些市場實現(xiàn)無縫對接，快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

[page]

 

1. 電動自行車市場

 

經(jīng)過20年的高速發(fā)展，中國電動自行車的市場保有量已經(jīng)超過2億，是私家車200%，摩托車的160%，已成為我國民眾使用最多的交通工具。現(xiàn)在以及未來很長時間，電動自行車仍然是解決城市農(nóng)民工、三四線城市居民、以及我國廣大農(nóng)村地區(qū)人口交通問題的主要載體。這么一個龐大的產(chǎn)業(yè)，其上下游產(chǎn)業(yè)鏈的年總產(chǎn)值超過2000億，是當(dāng)之無愧的民生產(chǎn)業(yè)。它所帶動的就業(yè)、工業(yè)產(chǎn)值、GDP貢獻(xiàn)、稅收貢獻(xiàn)等，都是我們無法忽略的。當(dāng)然，較低的行業(yè)門檻，快速增長的市場，也導(dǎo)致行業(yè)魚龍混雜，水平參差不齊，市場惡性競爭加劇，再加上售后服務(wù)及回收處理不到位，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

 

2014年，中國大約生產(chǎn)了2900萬輛電動自行車，較2013年下降了20%，是電動自行車市場第一次較大幅度的負(fù)增長。這一現(xiàn)象的背后，其實是中國電動自行車市場走到了行業(yè)巨變的路口。行業(yè)內(nèi)的企業(yè)經(jīng)過多年的價格競爭、渠道競爭、終端廝殺之后，雖然實現(xiàn)了部分企業(yè)的優(yōu)勝劣汰，但整體上行業(yè)集中度不夠(前十名的市場占有率有總和不及50%)、產(chǎn)品競爭力不突出、同質(zhì)化嚴(yán)重、核心優(yōu)勢缺位、品牌價值不高、產(chǎn)品附加值低、增值服務(wù)缺失。

 

隨著人均收入逐步提高，電動自行車市場日趨飽和，以及移動互聯(lián)網(wǎng)的日益普及等，消費者在購買電動自行車的時候，會更多的注重品牌、口碑、品質(zhì)、外觀、性能、智能化等因素，這與我國智能手機(jī)市場的發(fā)展如出一轍。預(yù)計接下來市場會有一輪比較慘烈的洗牌，那些注重用戶體驗，開發(fā)高性價比產(chǎn)品，產(chǎn)品品質(zhì)突出，善于利用互聯(lián)網(wǎng)樹立口碑并擴(kuò)大影響的企業(yè)，將逐漸勝出，成為市場的領(lǐng)跑者甚至寡頭。產(chǎn)品的發(fā)展方向，將是智能化(聯(lián)網(wǎng))、高性能(長續(xù)航里程/高瞬時功率)、高品質(zhì)、長壽命、以及良好的用戶體驗。

 

電池?zé)o疑是電動自行車的核心部件，當(dāng)前市場，90%的車型采用鉛酸電池，約有10%的車型采用鋰電池。鉛酸電池的突出優(yōu)點是價格低，能將整車價格拉低到2000元左右，滿足早期用戶的需求(對價格敏感)。但鉛酸電池作為動力來源，也有其固有的缺陷，如重量大、體積大、循環(huán)壽命短、容量衰減快、行駛里程短、充電慢等。鋰電池與鉛酸電池相比，在壽命、能量密度(行駛里程)、體積、重量、快速充放電等方面，具有明顯的優(yōu)勢。近年來，隨著成本的下降，鋰電池在電動自行車領(lǐng)域的應(yīng)用正呈現(xiàn)良好的增長勢頭。

 

正是看到了這種市場變革和顛覆的趨勢，李一男帶著牛電科技切入電動自行車市場，試圖復(fù)制小米在手機(jī)市場的成功模式，以互聯(lián)網(wǎng)思維來造電動自行車，快速占領(lǐng)這個市場。毫無疑問，李一男抓住了一個快走到“風(fēng)口”的行業(yè)，也深刻的理解用戶的“痛點”，同時以“錯維”優(yōu)勢來參與競爭，萬事俱備只欠東風(fēng)，就差一個讓市場“尖叫”的產(chǎn)品。

 

牛電科技第一代產(chǎn)品小牛N1，采用的是松下18650鋰離子電池(與特斯拉電動車的電池同型號)，手提式可拆卸pack設(shè)計，整體重量僅為12kg，同樣能量的鉛酸電池一般要50kg的重量。170節(jié)2600mAh電池組合起來提供了1560Wh的電量，續(xù)航里程因而達(dá)到了驚人的100km。但是價格嘛，也是相當(dāng)驚人的，4999元(100公里版)。

 

小牛N1相對于市場上已有的產(chǎn)品，顯然高了不止一個檔次，雖然不是顛覆性的，但確實有傲視群雄的資本。可是電動自行車面向的用戶群，對價格仍然是比較敏感的，3999和4999元的價格比市場上的普通產(chǎn)品高出50%~100%，無疑也會大大限制產(chǎn)品的推廣和普及。消費者是否愿意為了為小牛N1多掏1倍的錢，仍然是未知數(shù)。

 

那么換個角度考慮，如果采用梯次利用的動力電池呢？

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

以上數(shù)據(jù)，僅僅是行業(yè)均值的粗略對比，并不是具體廠家的精確數(shù)據(jù)。從上表可以看出，采用梯次利用的動力電池，可以在價格、行駛里程(能量密度)、和壽命之間達(dá)到一個較好的平衡，從而更快速的推動鋰電池在電動自行車市場的應(yīng)用。

 

以2014年的數(shù)據(jù)為基數(shù)，假如有10%的電動自行車采用梯次利用的動力電池組，以每輛車配1kWh的電池組計算，那么年總需求可以達(dá)到290萬kWh(2.9GWh)，與2014年我國電動汽車動力電池總量3.7GWh相去不遠(yuǎn)，相關(guān)梯次利用的市場規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)十億元。

 

2. 微型電動車市場

 

這是一個野蠻生長的市場，也是目前監(jiān)管空白的市場。電動汽車價格高高在上，并不是普通民眾能夠輕松承擔(dān)得起的，電動自行車又不能擋風(fēng)遮雨，駕駛和乘坐舒適性無從談起，那么市場就需要一個這樣的產(chǎn)品，來銜接“低端”的電動自行車和“高端”的電動汽車，這就是微型電動車快速發(fā)展的基礎(chǔ)。

 

微型電動車與電動汽車具有相似的車身構(gòu)造和技術(shù)特征，因此在產(chǎn)業(yè)鏈的大多數(shù)環(huán)節(jié)都是可以共用的。微型電動車價格較低，與廣大基層民眾收入水平、消費升級趨勢、全國道路基礎(chǔ)設(shè)施完善相契合，因此微型電動車在我國三四線城市及農(nóng)村地區(qū)大受歡迎。2014年，僅山東地區(qū)，微型電動車的產(chǎn)量即超過18萬輛，全國市場接近30萬輛。但微型電動車市場魚龍混雜、相關(guān)企業(yè)缺乏資質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量低劣、使用重污染的鉛酸電池等問題，仍然限制了微型電動車的發(fā)展。目前市場上的微型電動車，大多售價在5萬左右，車速在40~60公里/小時，續(xù)航里程低于100公里，甚至低于80公里，電池容量衰減很快，安全隱患突出。

 

在2015年之前，國家發(fā)改委、工信部等主管部門雖沒有明令禁止發(fā)展微型電動汽車，但是微型電動車不能進(jìn)入《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》，不能上汽車牌照，所以在官方層面仍然屬于受限制行業(yè)?？上驳氖?，從去年以來，地方政府和中央政府已經(jīng)充分認(rèn)識到微型電動車的強(qiáng)大市場需求以及行業(yè)發(fā)展的不健康狀態(tài)，正逐步通過國家層面的法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及地方的產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)政策，將微型電動車納入監(jiān)管體系，給予其“合法”的身份，促進(jìn)行業(yè)規(guī)范有序的發(fā)展。

 

微型電動車的發(fā)展，在未來2年將呈現(xiàn)兩條可能的路徑：

 

1. 車輛達(dá)到雙100要求(時速100公里，續(xù)航里程100公里)，按照《新建純電動乘用車生產(chǎn)企業(yè)投資項目和生產(chǎn)準(zhǔn)入管理的暫行規(guī)定(征求意見稿)》，納入純電動乘用車體系

 

2. 達(dá)不到雙100公里要求的，按照新修訂的國標(biāo)GB/T 15089《機(jī)動車輛及掛車草案》，將作為L6和L7類型的純電動“四輪摩托車”來監(jiān)管

 

如果微型電動車達(dá)到了雙100公里要求，且其生產(chǎn)企業(yè)具備《規(guī)定》所要求的生產(chǎn)資質(zhì)，該車型將獲得電動乘用車國家補(bǔ)貼和地方補(bǔ)貼。對于企業(yè)而言，不但意味著“合法”的身份，也意味著銷量和利潤的大幅度提升，將推動企業(yè)獲得更大的發(fā)展空間。

 

2016年，新的純電動及插電式混合動力乘用車的國家補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)如下：

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

從上表可以看出，如果續(xù)航里程達(dá)到100公里，不考慮地方補(bǔ)貼(地方補(bǔ)貼額度不一)，那么一輛純電動乘用車可以拿到2.5萬元的補(bǔ)貼金額。如果續(xù)航里程達(dá)到150公里，補(bǔ)貼金額則高達(dá)4.5萬元。

 

采用鉛酸電池的微型電動車企業(yè)，很難達(dá)到此要求(性能和輕量化難以兼顧)，也意味著很難拿到國家和地方補(bǔ)貼。而如果要采用鋰電池包，如果要達(dá)到100公里續(xù)航里程，通常需要10kWh的容量，目前的市場價格超過3萬元，加上電機(jī)的升級，以及其他一些成本，很可能沒有多少利潤。

 

如果采用梯次利用的動力電池呢？成本不到新鋰電池系統(tǒng)的一半，而續(xù)航里程，放電功率等都可以滿足雙100公里的要求，甚至可以達(dá)到150公里續(xù)航里程的要求。在保持低價的基礎(chǔ)上(扣除補(bǔ)貼后，價格低于5萬)，產(chǎn)品性能得到較大提升(達(dá)到純電動乘用車標(biāo)準(zhǔn))，產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢明顯(性價比高)。

 

基于以上分析，采用梯次利用的動力電池，可以幫助微型電動車企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級，達(dá)到純電動乘用車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，獲得國家及地方財政補(bǔ)貼，拓展企業(yè)的發(fā)展空間。

 

[page]

 

3. 電能存儲(儲能)市場

 

毫無疑問，這是一個超級大的市場，也是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的支柱和基石，沒有有效的儲能手段，能源互聯(lián)網(wǎng)就是空談。經(jīng)過多年的政策推動、市場驅(qū)動、技術(shù)發(fā)展、以及成本下降，儲能市場即將渡過黎明前的黑暗，迎來希望的曙光。

 

Tesla發(fā)布Powerwall和Powerpack之后，一個月獲得的訂單超過8億美金，充分說明了市場的強(qiáng)勁需求，以及公眾對低成本長壽命儲能產(chǎn)品的期待，緊隨其后，戴姆勒·奔馳公司也在德國發(fā)布了類似的產(chǎn)品，并宣布將在夏季或秋季的時候向市場供貨。整個儲能行業(yè)即將在未來幾年走向“風(fēng)口”，獲得快速的發(fā)展。

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

據(jù)CNESA項目庫不完全統(tǒng)計，截至2014年底，全球應(yīng)用在電力系統(tǒng)的儲能項目(不含抽水蓄能、壓縮空氣儲能及儲熱)累計裝機(jī)規(guī)模為845.3MW，2014年新增裝機(jī)111.6MW，年增長率為15%。其中，中國儲能累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)84.4MW，占全球儲能裝機(jī)的10%。

 

從地域分布上看，無論在項目數(shù)量還是裝機(jī)規(guī)模上，美國均占據(jù)最大比重。截至2014年底，美國已投運(yùn)儲能項目95個，裝機(jī)規(guī)模超過357MW。日本在裝機(jī)規(guī)模上位居第二，接近310MW，中國在項目數(shù)量上緊隨美國之后，有63個項目。2014年，美國的新增裝機(jī)規(guī)模最大，為34.4MW，中國和歐洲分列二、三位，裝機(jī)規(guī)模分別為31MW和27.7MW。

 

電動汽車動力電池的梯次利用分析

電動汽車動力電池的梯次利用分析

從技術(shù)分布上看，鈉硫電池的裝機(jī)比重最大，為40%，其次是鋰離子電池和鉛蓄電池，分別占33%和11%。2014年，儲能技術(shù)新增裝機(jī)中，鋰離子電池的占比最大，為71%，其次是飛輪，占20%。

 

從應(yīng)用分布上看，儲能項目主要集中在可再生能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)、電力輸配和分布式微網(wǎng)等領(lǐng)域。其中，可再生能源并網(wǎng)領(lǐng)域的占比最大，為45%，裝機(jī)規(guī)模為379MW。2014年，應(yīng)用領(lǐng)域新增裝機(jī)中，用戶側(cè)領(lǐng)域占比最大，為43%，其次是輔助服務(wù)和電力輸配領(lǐng)域，分別為28%和19%。

 

未來儲能產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，應(yīng)該緊跟市場熱點需求，從解決用戶的實際問題出發(fā)，著重從以下幾個方面考慮：

 

1. 配合分布式發(fā)電(風(fēng)能/太陽能等)，推廣分布式儲能系統(tǒng)，解決分布式發(fā)電隨機(jī)性波動所面臨的一些列并網(wǎng)難題和調(diào)度難題

 

2. 主干網(wǎng)及微網(wǎng)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性問題，調(diào)頻調(diào)壓問題，緩解輸配電擴(kuò)容壓力等

 

3. 用戶側(cè)能源管理，移峰填谷，改變用戶的用電曲線，降低用戶的電費成本，這一點對大型高能耗的工業(yè)用戶(電解鋁/電解銅/礦產(chǎn)/有色金屬深加工等)尤為重要

 

4. 配合家庭光伏發(fā)電，推廣家用儲能系統(tǒng)，提高自發(fā)自用率，在歐美澳等地區(qū)，有非常廣闊的市場需求

 

5. 移動電源，后備電源，應(yīng)急電源等

 

事實上，采用新鋰電池組做儲能系統(tǒng)，通常單位成本會高達(dá)2000~3000元/kWh，投資回報率偏低，這也是制約儲能產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用的最大障礙。如果采用他梯次利用的動力電池，其規(guī)模化成本遠(yuǎn)低于新電池，以美國初創(chuàng)公司FreeWire為例，該公司利用日產(chǎn)leaf的退役動力電池做移動充電車，其相關(guān)產(chǎn)品的每度電成本只有 100 美元，折合人民幣600元/kWh。該公司CEO阿卡迪•索西諾夫(Arcady Sosinov)表示，電池產(chǎn)業(yè)界要到 2030 年才能達(dá)到的成本目標(biāo)，他們用二手電池壓低成本，現(xiàn)在就已經(jīng)做到。

 

Tesla在美國發(fā)布Powerwall和Powerpack之后，引起市場的狂熱追捧，價格是一個很重要的因素。可是，經(jīng)過眾多專家的對比分析，我們知道，Tesla是以低于成本的價格來銷售儲能產(chǎn)品的。我們分析一下Elon Musk的動機(jī)，有深刻的理由相信，未來Tesla也會將Model S等電動車的退役動力電池，應(yīng)用于家庭儲能和商業(yè)儲能。到那時候，儲能產(chǎn)品的利潤和經(jīng)濟(jì)價值，才會實現(xiàn)最大化。

 

根據(jù)中國政府的規(guī)劃，到2020年時，全國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到200GW，光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到100GW。可再生能源發(fā)電配備儲能系統(tǒng)，已經(jīng)成為一種剛性需求，一般的配比為5%~20%。以此推算，到2020年時，我國僅可再生能源發(fā)電市場，就需要15GW以上的儲能系統(tǒng)，以2~4倍的容量/功率比計算，需要30GWh以上的儲能電池規(guī)模。

 

短期來看，梯次利用的動力電池，在家庭儲能、分布式發(fā)電、微網(wǎng)、移動電源、后備電源、應(yīng)急電源等中小型的儲能設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，會有良好的發(fā)展?jié)摿?。長期來看，如果一些技術(shù)難點得以解決，在大型和超大型的商業(yè)儲能和電網(wǎng)級儲能市場，梯次利用也會有廣闊的前景。

 

實際上，儲能產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益測試和商業(yè)模式探索，是非常復(fù)雜的事情，并不是通過以上簡單的分析就能搞清楚的。但有一點比較明確，采用梯次利用的動力電池，其成本遠(yuǎn)低于新的鋰電池組，可以大大降低儲能系統(tǒng)的成本，消除儲能產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用的最大障礙，帶來更為明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

 

 

對于電動汽車動力電池的梯次利用，國外走的相對快一些，美國、德國和日本已經(jīng)有不少示范應(yīng)用的項目，他們在積極探索技術(shù)、成本、商業(yè)模式等方面的問題和難點，為后續(xù)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化做儲備。

 

我國還更多的停留在“研究”階段，學(xué)校、科研院所等有組織過理論研究和實驗研究，但配套資金不足，力量分散，進(jìn)展緩慢，而且鮮有企業(yè)在這方面投入資源進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的探索和積累。以我國電動汽車行業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模，未來兩三年，即會迎來動力電池退役的高峰，多達(dá)GWh規(guī)模的動力電池，將退出汽車市場，并且退役電池總量每年都會呈加速度增長。如何最大限度的利用這些電池的剩余價值，不單單是環(huán)保問題，也是在考驗我國電動汽車后市場的經(jīng)濟(jì)效益和循環(huán)效益。