退役動(dòng)力電池的主要對(duì)標(biāo)是鉛酸蓄電池嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-26 21:36
點(diǎn)擊量：次
對(duì)于當(dāng)前正在應(yīng)用鉛酸蓄電池的場(chǎng)景，很多都是價(jià)格敏感，空間不敏感，性能不敏感，才選擇使用鉛酸電池的。當(dāng)退役動(dòng)力電池解決了價(jià)格問(wèn)題，則很大可能替代鉛酸的部分應(yīng)用。
有文獻(xiàn)專(zhuān)門(mén)對(duì)比了鉛酸蓄電池與推理動(dòng)力鋰電池的特性。根據(jù)大多數(shù)汽車(chē)制造商和電池廠的建議，應(yīng)該更換殘留7080％容量的EV鋰離子電池組，否則可能發(fā)生意想不到的駕駛故障和安全問(wèn)題。目前這一過(guò)程通常發(fā)生在車(chē)輛運(yùn)行35年后，需要考慮更換電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組。
盡管退役鋰電池的一些性能參數(shù)有所下降，但與鉛酸電池相比仍有優(yōu)勢(shì)。從表1的數(shù)據(jù)表中可以看出，退役電池的循環(huán)壽命和能量密度遠(yuǎn)高于鉛酸電池，同時(shí)鉛酸蓄電池的價(jià)格優(yōu)勢(shì)較弱。
表一，鋰離子電池和鉛酸電池的參數(shù)比較
3 影響梯次利用的主要因素
1）檢測(cè)、篩選、再加工成本
退役動(dòng)力電池的再利用生存空間，可能會(huì)隨著新電池成本的下降而逐漸被擠壓。短期內(nèi)，不會(huì)受到其他類(lèi)型電源的沖擊，包括降價(jià)以后的新電芯的沖擊，這是選擇梯次利用電芯細(xì)分品類(lèi)首先需要考慮的因素。
GGII數(shù)據(jù)顯示，2017年年底動(dòng)力電池價(jià)格較2017年初下滑20%~25%。磷酸鐵鋰電池組價(jià)格從年初的1.8~1.9元/Wh下降到年底的1.45~1.55元/Wh。三元?jiǎng)恿﹄姵匕鼉r(jià)格從年初的1.7~1.8元/Wh下降到年底的1.4~1.5元/Wh。
有新聞報(bào)道稱(chēng)，2017年中期，我國(guó)動(dòng)力電池比能量為180Wh/kg，到2020年，動(dòng)力電池比能量也會(huì)不斷提升，將達(dá)到300Wh/kg。到2020年，全球電池系統(tǒng)每千瓦時(shí)平均價(jià)格，大約在1000元人民幣、100美元和100歐元之間。”
當(dāng)新舊電池的差價(jià)接近檢測(cè)、再加工、設(shè)備更換、舊電池維護(hù)維修等二次利用電池的綜合成本以后，就可能出現(xiàn)舊電池沒(méi)有再利用價(jià)值的情況。如果可以利用歷史數(shù)據(jù)，則省去部分檢測(cè)成本，這個(gè)時(shí)刻會(huì)來(lái)的晚一些。
沒(méi)有再利用的沖動(dòng)以后，動(dòng)力電池只有拆解回收原材料這個(gè)方式集中處理。電池拆解應(yīng)該是生命周期較長(zhǎng)的一種電芯處理方式。當(dāng)然，電芯二次處理以及統(tǒng)一規(guī)格、模組設(shè)計(jì)，電池包運(yùn)營(yíng)模式等等，對(duì)電芯級(jí)別的二次利用都有影響，還需要觀察相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，加工成本的降低趨勢(shì)。
2）處理技術(shù)有降成本的空間，提高效率的空間
這個(gè)角度其實(shí)是1）的延伸，什么樣的電芯能夠?qū)崿F(xiàn)少量研發(fā)支持批量生產(chǎn)應(yīng)用呢？
a規(guī)格一致性
在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)前期出現(xiàn)，電芯種類(lèi)多，量又不大，而電芯的檢測(cè)，不同類(lèi)型的電芯，參數(shù)個(gè)性化很強(qiáng)，因此，可以說(shuō)，到目前，18650等通用規(guī)格的電芯，比較具備研究?jī)r(jià)值。
b有歷史數(shù)據(jù)的電芯
有了歷史數(shù)據(jù)，動(dòng)力電池都經(jīng)歷了哪些濫用，充放電容量總體變化情況，電壓等等都記錄在案。借助對(duì)電芯外部特性與內(nèi)在結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究成果，不用拿到電池就可以先進(jìn)行初步的一致性評(píng)價(jià)，剩余價(jià)值評(píng)價(jià)，安全性評(píng)價(jià)。
有官方文件要求，2017年之后注冊(cè)登記的新能源汽車(chē)產(chǎn)品，非個(gè)人購(gòu)買(mǎi)的新能源車(chē)輛、
個(gè)人購(gòu)買(mǎi)的商用車(chē)及專(zhuān)用車(chē)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 32960）要求上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。個(gè)人購(gòu)買(mǎi)的新能源乘用車(chē)，在整車(chē)車(chē)輛狀態(tài)、充電狀態(tài)、運(yùn)行模式發(fā)生變化時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，但不包括定位數(shù)據(jù)。在此之前，不同車(chē)輛電芯的數(shù)據(jù)記錄情況可能參差不齊。
3）動(dòng)力電池二次利用的場(chǎng)景
目前熟知的是電力儲(chǔ)能電站，新能源電站，家用儲(chǔ)能，電力補(bǔ)給車(chē)輛，低速電動(dòng)車(chē)輛，通訊基站，新能源路燈等等。對(duì)于每一種應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)電池的性能要求，對(duì)價(jià)格的敏感程度，沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，不敢往下結(jié)論，后續(xù)掌握具體數(shù)據(jù)后，在另起題目進(jìn)一步討論。但他們需求的不同，必然影響用戶(hù)選擇時(shí)，關(guān)注電池的哪些性能，這是客觀存在的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
4 一個(gè)典型的退役動(dòng)力電池應(yīng)用場(chǎng)景舉例——通訊基站
Chunbo ZHU于2017年發(fā)表在IEEE上的一篇論文，《Effect of remaining cycle life on economy of retired electric vehicle lithium-ion battery second- use in backup power for communication base station》，針對(duì)通訊基站利用動(dòng)力電池的推理模型，文章有發(fā)表周期，數(shù)據(jù)僅供參考。從這個(gè)案例不難看出，應(yīng)用場(chǎng)景的詳細(xì)信息，對(duì)于評(píng)價(jià)一種電芯的應(yīng)用是否合適，是非常重要的，因此過(guò)于籠統(tǒng)的評(píng)價(jià)合適或者不合適，這不科學(xué)。
1）工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景
在中國(guó)，通信基站數(shù)量非常龐大，分布范圍很廣，在偏遠(yuǎn)郊區(qū)，道路兩側(cè)，山頂上建設(shè)了越來(lái)越多的基站。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)無(wú)法到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源向基站供電也已經(jīng)廣泛出現(xiàn)。
目前，購(gòu)買(mǎi)鉛酸電池的市場(chǎng)價(jià)格及其后處理費(fèi)用分別為0.6元/ Wh和0.2元/Wh。中國(guó)鐵塔有限公司開(kāi)發(fā)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)所要求的鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命超過(guò)200次。根據(jù)通信基站管理單元的研究，通信基站的備用電源工作條件，應(yīng)用場(chǎng)景及相關(guān)的詳細(xì)參數(shù)列于表二。
表二，基站的工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景參數(shù)
*新能源場(chǎng)景，在白天使用太陽(yáng)能作為基站電源并給電池組充電，晚上使用備用電池組來(lái)維持基站的運(yùn)行，電池組相當(dāng)于每天1次充放電循環(huán)。
**高溫場(chǎng)景和三種或四種電場(chǎng)景定義為每個(gè)月停電次數(shù)≤4.5次。
***一種或兩種電力場(chǎng)景定義為每月停電次數(shù)≤3.5次。這里只有正常供電停電，才會(huì)用到電池供電。
2） 成本計(jì)算模型
無(wú)論備用電源的工作條件如何，在比較備用鋰電池和鉛酸電池的工作條件時(shí)，要分析的參數(shù)都是相同的。這些參數(shù)主要包括：電池容量，購(gòu)買(mǎi)單價(jià)，安裝和更換成本，電力，電池組的廢舊處理成本，根據(jù)工作條件確定的不同操作策略，電池電量要求和電池放電時(shí)間等。
下面是各個(gè)成本估算相關(guān)參數(shù)的公式表述。在成本分析中，最重要的指標(biāo)是退役鋰電池與鉛酸電池相比每年平均節(jié)省多少成本，該指標(biāo)直接反應(yīng)退役鋰電池的經(jīng)濟(jì)性，可以通過(guò)公式（1）計(jì)算。
其中：
R ：年成本節(jié)省率，％；
Pb aac：鉛酸電池的年平均成本，萬(wàn)人民幣；
LiAAC ：退役的鋰離子電池的年平均成本，萬(wàn)人民幣。
根據(jù)公式（2）評(píng)估年度成本，
其中：
AAC ：年平均成本，萬(wàn)人民幣/年；
cost：估算或操作周期的總成本，萬(wàn)人民幣；
Topr ：估計(jì)或操作周期，年份。
估算運(yùn)營(yíng)周期的總成本（COST）
主要包括備用電池組的總成本；后期維護(hù)費(fèi)用，電池組初始安裝費(fèi)用和更換費(fèi)用以及廢舊電池組的剩余價(jià)值。當(dāng)計(jì)算操作周期時(shí)，同時(shí)考慮日歷壽命和循環(huán)壽命。
其中：
T opr ：估算或操作周期，年份；
Pb_T perl ：鉛酸電池組循環(huán)壽命持續(xù)時(shí)間，年；
Pb_T cal ：鉛酸電池組日歷壽命時(shí)間，年；
Li_T perl ：退役的鋰電池組循環(huán)使用期限時(shí)間，一年；
Li_T cal ：退役的鋰電池包裝日歷的使用時(shí)間，年。
電池循環(huán)壽命持續(xù)時(shí)間（Tperl）由電池的循環(huán)壽命（Ncl）和運(yùn)行策略（Noc）決定。運(yùn)行策略是指充電的數(shù)量以及根據(jù)工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景獲得的電池組每日完成的放電周期。這個(gè)參數(shù)可以通過(guò)使用（4）來(lái)計(jì)算。
其中：
Ncl：電池組的循環(huán)壽命，次數(shù)；
Noc：運(yùn)行策略，每天循環(huán)次數(shù)。
基站完工并運(yùn)行后，備用電池的成本主要是電池組使用壽命達(dá)到期限時(shí)的更換費(fèi)用，可由（5）式計(jì)算。
