鉅大LARGE | 點擊量：1006次 | 2021年05月21日
談談從成本和收益角度考慮動力電池梯次利用問題
近幾年，動力鋰電池成本一直在降低，這一點逐漸提高了電動汽車更大范圍的推廣的可能性，但電池成本仍然在整車成本中占有較高的比例。假如能夠在電池作為汽車動力完成使用壽命以后，剩下的80%剩余容量繼續(xù)工作，就能把電池制造成本進一步攤薄，無論從電動汽車用戶還是從全社會角度考慮，這都是一件值得一做的事情。
動力鋰電池的梯次利用，退役的動力鋰電池到底能夠做什么用？之所以規(guī)定動力鋰電池在80%的剩余容量時就退役，除了續(xù)航里程變短使得用戶體驗變差以外，其老化以后的一致性變差，系統(tǒng)可靠性降低，應該是停止在高速車輛上應用的重要原因。從這里出發(fā)，考慮動力鋰電池梯次利用的場景就有了大體的方向。能量密度要求不是那樣高，可靠性可以通過其他手段加強或者根本上就對可靠性的要求不高，對成本比較敏感，希望獲得成本低廉的能量儲存裝置。
羅列符合上述要求的應用場景，不算太少。配合大電網(wǎng)用電特點的儲能裝置，新能源發(fā)電廠配套的儲能電站，配合家庭戶用新能源發(fā)電的小規(guī)模儲能，野外與電網(wǎng)分布地區(qū)的公共設施的供電系統(tǒng)儲能等等。具體怎么樣考慮是否適合梯次利用鋰離子電池，早在2012年就有人基于此提出了一些觀點，論文《SecondUseofRetiredLithium-ionBatteryPacksfromElectricVehicles:TechnologicalChallenges,CostAnalysisandOptimalBusinessModel》作者Wen-ChenLih，下面介紹這篇文章中提及的幾個論點，結合我自己的理解，供參考。
1如何考慮電池老化程度？
文章介紹了一種從一致性這個維度考慮梯次利用電池老化程度的方法。8個48V/12Ah電池組由16S1P/12AhLiFePO4電池組成，首先，將每個電池組單獨以0.1C（1.2A）放電至40V；休息30分鐘后，以相同的C率將每個電池組充電至53.5V。其次，串聯(lián)這8個電池組，形成一個384V/12Ah電池串。第三，將電池0.2C（2.4A）放電，記錄每個電池組中所有電池的電壓變化。前800秒放電過程電壓變化情形，如下圖所示：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
每個電池組內(nèi)每只電芯的離散程度，如下圖所示。
以上述方法進行篩選，顯然，電池組1和5的電池電壓比其他電池的電壓分布更寬，pack1是老化程度最深的，pack5居其次。
2如何考慮第二次利用電芯的成本？
這個問題在之前的一篇有關動力鋰電池電芯選擇的文章中討論過。討論一個電池的成本問題，其壽命是影響電池總成本的關鍵因素。從技術上講，電池組的壽命包括日歷壽命和循環(huán)壽命。日歷壽命一般在15到20年之間，受環(huán)境條件影響，如濕度，溫度，腐蝕，振動等。其次，循環(huán)壽命與放電深度（DOD），充電和放電電流（C率）和工作溫度有關。更大的DOD，更大的充電和放電電流以及更高的工作溫度，都會使得電池的循環(huán)壽命更短。由于以串聯(lián)或并聯(lián)的方式與電芯結合，電池組的使用壽命與電芯的壽命非常相似。
全生命周期度電成本，就是在相同測試條件下，直至電芯的第二個壽命周期規(guī)定的截止條件到達以前，全部曾經(jīng)充入過電池的電量的總和，或者電池曾經(jīng)放出的全部電量的總和。數(shù)值上等于平均每次充入電池電量乘以充電次數(shù)。客觀來看，這個參數(shù)才是用戶實際使用了的電池。電池成本，一般按照每千瓦時電量多少錢。然而，關于終端用戶而言，他們的感受里，除了能夠跑多遠這個空間指標，還有一個能夠用多長時間的時間指標。同樣10萬元一輛車，用3年和用5年，每年的用車成本相差40%，這個差距不可謂不大。因此，落實到全生命周期度電成本上，才是最直觀的成本評價方法。
動力鋰電池第一次使用時，一般的，循環(huán)壽命是主導因素。而二次利用的鋰離子電池，根據(jù)具體應用場景的不同，可能要以考察日歷壽命為主。比如不持續(xù)工作制的應用情況，待機時間遠遠大于工作循環(huán)時間，比如UPS，日歷壽命決定了電池使用時間的上限。因此，要確定真正的終點是什么，再去考慮成本。
全生命周期度電成本，與電池容量、電壓和使用壽命三個因素有關，同樣的造價，電池容量越大，電壓越高，壽命越長，則該成本越低。
3有關電池價值評估的幾個觀點
1）使用過的電池組的剩余價值評估
有文獻給出了幾種綜合評估電池成本的方式，沒有具體區(qū)分應用場景，而給出的通用評估方式。
其中，R/N表示當前剩余價值的百分數(shù)；η是0和1之間的一個數(shù)值，表示實際條件與理想條件之間的差異，差異越大越接近0，差異越小越接近1。
用剩余價值百分數(shù)乘以電池pack的初始價格，得到當前pack的現(xiàn)實價值。
2）二次利用電池組的加工成本
從梯次利用加工商的角度看，再利用電池包總成本包括再循環(huán)成本，再制造（分類，電池分級，重組，檢驗，驗證）成本，運營費用，雜項費用等，根據(jù)相關經(jīng)驗值，給每類成本劃定一個比例。
而后，針對不同應用場景，配置個性化的輔助設備，則還要一部分加工費用，被命名為升級制造費用。
3）綜合收益最大的觀點
把運營電池包新舊兩個階段整體考慮，當然，新電池階段想要有控制的運營，恐怕要換電模式，由一個公司擁有電池，用戶只是租賃使用電池這種模式。換電模式在社會上推廣，尤其乘用車換電，實際存在著很多困難，這里暫且不提。這里著眼于這種總體綜合考慮商業(yè)模式的視角。
文獻中大體介紹了一個比較粗糙的模型，考慮新電池階段的成本，運營費用（包含場地，人工，維修保養(yǎng)等），租賃收益；考慮二次利用階段，同樣也是前面幾個類型的費用加上部分電池包要篩選重組的費用。兩個階段的差別在于，新電池租賃給電動汽車用戶，后一個階段租賃給儲能用戶。把劃分新舊電池分解的時間點作為優(yōu)化對象，優(yōu)化目標為整體收益最大化。
這個模式，重要是與電池用戶購買整個電動汽車情況存在優(yōu)勢的。兩個階段都是租賃，綜合管理，不要面對各色各樣電池包，電芯放在一起，盲目篩選，重組的情況。于是大量特性測試和安全管理的工作和費用都剩下了。
我們以現(xiàn)在的眼光看待這個方法，其實，綜合管理公司掌握了電池整個壽命周期的全部數(shù)據(jù)，基本上就可以通過歷史數(shù)據(jù)對電池的性能，經(jīng)歷過什么濫用以及還具備多少剩余價值做出評判了。結合我們當前的梯次利用問題，數(shù)據(jù)的完備性，是降低梯次利用成本，獲得電池全生命周期最大綜合收益的重要環(huán)節(jié)。從2018年起，國內(nèi)首批進入市場的汽車動力鋰電池將迎來報廢潮。作為廢舊電池回收后的重要處理方式之一，電池梯次利用正成為各家電池公司競相布局的業(yè)務。
業(yè)內(nèi)預計2018年動力鋰電池報廢量為14.03GWh，以鋰離子電池回收價值0.3元/Wh計算，動力鋰離子電池回收市場規(guī)模接近50億元。到2020年，這一市場規(guī)模將突破100億元，報廢量約是2016年的20倍。
動力鋰電池平均使用年限為5-8年，其性能隨著充電次數(shù)的新增而衰減，當電池容量衰減至額定容量的80%以下，動力鋰電池不再適用于電動汽車。但退役的電池經(jīng)過檢測、維護、重組等環(huán)節(jié)，仍可進一步在儲能、分布式光伏發(fā)電、家庭用電、低速電動汽車等諸多領域進行梯次利用。當電池無法進行梯次利用時，則要進行回收拆解，做資源化處理。
