动力电池梯次利用的难
点与挑战
Hessen was revised in January 2021
动力电池梯次利用的难点与挑战
针对退役的动力电池，有两种可行的处理方法，一种是直接作为工业废品，进行报废和拆解，提炼其中的原材料，实现原材料的循环利用，这方面已经有一些国内的企业进行商业化运作；另一种方式，则考虑退役的动力电池，虽然已经不满足汽车的使用条件，但仍然拥有一定的余能，其寿命并未完全终止，可以用在其他领域作为电能的载体使用，从而充分发挥其剩余价值。
相对而言，梯次利用更能够发挥产品的最大价值，实现循环经济的利益最大化，是更为绿色和环保的做法。
但梯次利用所面临的难题和挑战也非常的多，如果不能有效解决，就不能实现真正的产业化。
1. 电池拆解
动力电池退役时，是整个pack从车上拆解下来的。
不同的车型有不同的电池pack设计，其内外部结构设计，模组连接方式，工艺技术各不相同，意味着不可能用一套拆解流水线适合所有的电池pack和内部模组。
那么，在电池拆解方面，就需要进行柔性化的配置，将拆解流水线进行分段细化，针对不同的电池pack，在制定拆解操作流程时，要尽可能复用现有流水线的工段和工序，以提高作业效率，降低重复投资。
在拆解作业时，不可能完全实现自动化，必然存在大量的人工作业，而pack本身是高能量载体，如果操作不当，可能会发生短路、漏液等各种安全问题，进而可能造成起火或爆炸，导致人员伤亡和财产损失。
因此，采取什么样的措施和方法，确保电池拆解过程中的安全作业，是梯次利用的一个重点。
2. 剩余寿命预测
这里分两种情况考虑，一种是动力电池在服役期间，其相关运行数据有完整记录，那么当梯次利用的厂家拿到这些数据之后，结合电池的出厂数据，可以建立电池模组的简单寿命模型，能够大致估算出，在特定运行条件下电池模组的剩余寿命(根据所设定的终止条件)。
另一种情况就恶劣的多了，动力电池的使用情况并无数据记录，仅有出厂时的原始数据(如标称容量、电压、额定循环寿命等)，使用过程未知，当前状态未知。
当梯次利用的厂家拿到电池后，如何判断其健康状态和剩余寿命呢这就需要对每个模组进行测试，先明确其当前的健康状态，然后要根据测试数据和出厂时的原始数据，建立一个对应关系，根据不同的材料体系，大致估算其潜藏的剩余价值。
第二种情况，梯次利用的成本会提高很多，测试设备、测试费用、测试时间、分析建模等，都会增加不少的成本，导致梯次利用的经济价值降低。
基于有限的数据，对剩余寿命的预测也是不准确的，这无疑又会增加梯次利用产品的品质风险，使得产品的生命周期成本较高。
所以，如何做到快速无损的检测，是该种情况下梯次利用的关键所在。
3. 系统集成技术
梯次利用，最合理的应该是拆解到模组级，而不是电芯级，因为电芯之间的连接通常都是激光焊接或其他刚性连接工艺，要做到无损拆解，难度极大，考虑成本和收益，得不偿失。
不同批次的电池模组，甚至来自不同厂家的电池模组，如何在同一系统中混用这里面有几个系统集成技术必须着重考虑并解决：
1) 分组技术
需要对不同的电池模组建立数据库，根据材料体系、容量、内阻、剩余循环寿命等参数重新分组。
分组参数设定要合理，过大不好，模组离散性大，成组为系统后，对系统性能和寿命影响很大；过小也不行，分组过于严格，会导致可匹配的模组少，系统集成困难，产品成本很高。
2) 成组技术
什么类型的电池模组可以成组为系统，这需要结合产品定位和目标市场(高端中端低端)，现有电池模组等级和类型，以及产品开发具体目标(性能，寿命等)，建立一个系统级模型，推算出相关的匹配系数，确定产品的总体方案。
3) 系统柔性设计
这里有两个方面需要考虑：系统结构方面，需要充分考虑不同模组可能具有不同的尺寸，重量和串并联数，那么系统内部的结构设计应该是在X，Y，Z轴方向都有很大的弹性，以兼容不同的模组，固定方式既要考虑紧固性和可靠性，又要考虑弹性和便于快速装卸；模组的线束连接方面，多柔性化考虑，做到可快插和快换。
4. 电池管理系统的鲁棒性
(锂)电池管理系统的设计，一直是个世界级的难题，直到目前为止，也没有哪个公司在这个领域做到相当的成熟，最多实现了产业化而已。
针对电池组的优化管理，尚无非常有效的解决方案，因为电芯并不是一个特性比较明确的物理系统，而是一个在不断变化的化学系统，其各项参数都与运行工况、外部环境、内部劣化速度相关，随时间在不断的变化。
国外在算法和理论研究方面走的比较早，在工程方面也有深厚积累，所以产业相对成熟。
国内在BMS软硬件研发方面，起步较晚(最近几年的事情)，理论研究不足，工程应用是小步快跑，整体资源投入不足，各家企业都还没有非常稳定可靠的解决方案。
在梯次利用领域，BMS所要面对的情况，比汽车领域更为复杂。
面对各种化学体系、各种规格和批次、各个生产厂家、各种健康状态的电池模组，如何进行有效的管理，确保他们在今后的岁月中健康工作，安度晚年
在硬件方面，应确保BMS的硬件归一化设计，兼容各种不同的模组，而不必针对不同的模组和产品，开发多种规格的硬件产品。
这样可以简化BMS的硬件开发、升级和维护，降低产品的成本。
在软件方面，需要做到底层软件模块化、标准化和固定化，应用层软件做到模块化、标准化和智能化，能够自适应各种类型的模组，并能够自我学习，在运行过程中为模组和电芯建立模型，做到智能化的监控、预测、诊断、报警和各类在线服务。
软件的升级可在线进行，并可远程升级。
5. 成本控制
毫无疑问，成本是梯次利用的最大优势，也是梯次利用经济效益的来源。
那么如何做到良好的成本控制，将系统成本做到新电池产品的三分之一，甚至五分之一，将直接决定梯次利用是否能够发展成为一个庞大的产业。
在原材料环节，如何以较低的成本拿到电池pack，如何降低pack和模组拆解的难度，如何针对不同pack复用流水线和工艺，如何简化测试，如何建立电池模型等，都会影响后续的产品成本。
在产品开发环节，如上面所讲，系统集成是关键，电池模组混用、系统柔性化设计、BMS鲁棒性设计等，都能有效降低产品物料成本。
在产品的运维环节，如何确定合理的质保年限，做到智能化的管理，远程诊断和维护等，都会影响产品的生命周期成本。
6. 产业链整合
动力电池的梯次利用产业链，涉及到用户(车主或商业运营单位)、车企、动力电池企业、梯次利用企业，如何创造一个共生共赢的产业链生态圈，是必须要考虑的。
如果仅仅是后端的梯次利用企业获利，那么用户、车企、以及动力电池企业，就没有足够的动力去参与和推动动力电池的梯次利用，产业规模就难以起来。
这既需要政府层面建立相关规范和标准，也需要产业链各环节的企业，一起紧密合作，尝试成立电动汽车后市场的产业联盟，大家一起来参与，才能推动产业健康发展。
7. 商业模式创新
对于动力电池的梯次利用衍生产品，客户在知情的情况下，会对产品的性能、寿命、可靠性、安全性等心存疑虑，产品的推广会存在一定的阻碍。
在产品的推广和应用方面，要充分考虑客户的现状和诉求，多种商业运作方式相结合，在充分帮助客户获利的基础上，获得自己的利益。
可充分借鉴其他行业的一些成功经验，如分期付款、分时租赁、盈利后结算、托管运营、甚至免费供货(靠后续增值服务)等，探索梯次利用方面的有效商业模式。
