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王芳:基于全生命周期监测的动力电池循环利用模式

2016-11-03 作者:智豪 来源:客车网
  2016年11月2日,中国电动汽车百人会召集国内动力电池产业链相关企业举行“动力电池材料及材料综合利用研讨会”,这是百人会针对“动力电池技术升级与产业链研究”课题项目第二次研讨聚焦于动力电池材料及材料综合利用话题,会上,中国汽车技术研究中心首席专家、新能源室主任王芳做了“基于全生命周期监测的动力电池循环利用模式”的报告,具体内容如下:

  “基于全生命周期监测的动力电池循环利用模式”是一个很框架性的东西,里面讲到的一些内容也会涉及到其实很重要的一块,也和今天讨论的主题材料的阶段,就是最后的回收再利用的阶段也是我特别特别关心的,也是特别想多学习的一些内容,所以也是今天向大家学习的地方。

  我的报告主要从几个方面,驱动因素、法律政策、规范条件、标准体系、经验积累、路先规划、目标展望。

  第一,驱动的因素。讲两个:

  第一个驱动力,是环境和资源的压力。2015年销量达到38万辆,2015年底是50万辆这样的保有量,到2020年咱们的规划是200万辆的销量,到那时候我们测算了一下,我们额外算了一次,算出来大概34万吨这样的数量级。带来的结果就是,一些稀有资源的瓶颈,一些废旧动力电池环境的污染,以及废旧电池搁置或者是在车上的存放带来的安全性的问题,所以这也是我觉得从环境和资源的角度必须要考虑回收的一个原因。其实我们也有跟材料厂交流过,像包括贝特瑞这样的企业,他们做回收的目的也非常的直接,我们要考虑,一个是环境,另外一个最重要的是,我们除了开矿以外,我们想要获得原材料的途径就必须要开展这样回收的工作。

  第二个驱动力,电动汽车核动力电池成本的压力。我们知道,现在的电动汽车要求容量削减到80%以下,就认为要脱离动力电池的范围了,就是寿命终止了。实际上我们可以看下来,求一下这个面积就知道,动力电池在这个阶段可用的能量大概是在36%左右,而如果这个时候直接进入到回收的阶段,它的使用成本就是所占电池整个生命周期的成本很有限了。我们希望64%的能源浪费,大概只是直观的数,当然要是从材料回收再回到动力电池,也还是有一定的这种利用价值。因为大家也看到,《2020年规划》,包括《2025技术路线图》等等这样一些里面也提到,比如2020年电池的成本要达到8毛钱/瓦时这样的数,我觉得在梯级利用甚至包括回收以后的原材料再返回到动力电池,这样一个过程也是会很大程度上影响我们整个动力电池全生命周期成本下降的重要因素,所以也是这样的两个驱动力。

  所以从节约资源的角度出发、从保护环境的角度出发、也从消除隐患的角度出发,整个梯级利用和回收是必须要做的。其实也是我之前有讲过,我们做电动汽车的目的是什么,我们是从节能、环保这样的角度出发,我们不能希望将来10年、20年或者我们的子孙后代是生活在全是废旧电池、全是抛弃的电动汽车的环境当中,所以咱们做这个工作是势在必行的。当然也有人考虑到,它的这些经济性等等各方面的因素,我觉得可以在不断的技术发展过程当中能够有很多的一些突破的。

  第二,法律政策。从法律角度,包括有《环境保护法》《清洁生产促进法》《固弃废弃物污染环境防治法》,规定了对环境污染的防治、企业的清洁生产斗提出了宏观的要求。另外在一些重要的纲要里面,比如《2020规划》,以及《关于加快新能源汽车指导意见》里面,也都明确提出要求建立电动汽车动力电池管理的体系。几个部委也发布了《汽车产品回收利用技术政策》,里面也给出了大概的要求,从这个政策出发,其实去年工信部也开始制定动力蓄电池的行业规范管理条件,就是综合利用的规范管理条件,大家有看到左边的规范条件大家都知道,在售后服务里面有一条,动力电池系统企业必须有回收的渠道,必须建立这样的渠道。

  在今年2月份工信部发布的《动力电池综合利用的行业规范条件》里面也规定了这样六个方面的要求,我想重点提一下资源综合利用第三条,它的概念是什么呢?主要包括梯级利用、资源的再生利用、原材料的能量回收利用等等这样几个方面。

  在那之后我们又开始了暂行办法的起草编织的工作,暂行办法的一个基本原则要落实生产责任延伸的制度,要坚持产品全生命周期的理念在这里头也开始了动力电池编码制度的一个标准的编写也就是说要使动力电池产品能够做到来源可靠、去向可追踪、整个节点可控达到这样一个目的。同时,在里面也提到鼓励产、学、研结合,多种回收和再利用模式的创新和示范的这样一个建议。

  标准体系,刚才肖主任有提到,动力蓄电池回收有一个相对比较完善的标准体系,里面有两项标准已经报批,有四项标准正在起草当中,还有一些标准正在计划起草。前一阵编码的制定正在网上征求意见,大概今年年初会报批。

  经验的积累,主要是想提一下,梯级,其实相对大面积的梯级示范并不是很多,日本三菱公司主要做了这样一个示范的项目,里面主要还是用三菱汽车和标志雪铁龙车上淘汰下来的电池,进行电力储能的示范研究。美国DOE有支持这样的国家实验室开始二次电池利用的项目,但是大部分还是在发表论文和一些实验室的模拟和小型的储能电站结合的这样一个层面上。我国在2012年国网有这样一个项目,《电动汽车动力电池梯级利用的技术研究与示范》,在这个项目的研究过程当中北京市建立了一条示范线。河南省建了一个混合微电网梯级利用应用的工程。江西电网建立了百千瓦时的风光储能的示范工程。这里我们也做了一些工作,主要是研究从动力电池,从电动汽车走到二次利用的时候它的一些健康状态的评估,和它后期的一些寿命和经济效益的一些分析。

  我们也总结分析了目前的一些状态,包括以前的一些经验和现在的一些研究成果,觉得从目前来说,梯级利用还是存在着这样一些难点或者是不利的因素:

  第一,市场机制的不健全,政策法规的不完善。

  第二,历史数据的缺乏。

  第三,梯级利用场景的不确定性。

  第四,电池拆解的难度和再重组的高成本和高风险。

  第五,梯级利用以后安全隐患的加大。

  针对这个,因为其实做完那个项目以后有一段时间我们没有深入的做这个,也是因为这么多的难度,但是从我们重新启动来做这个项目开始,考虑到这几个问题,也提出了一些解决的方案,包括一些历史数据的缺失这块也因为动力电池编码制度已经开始编写,马上能够发布实施,这样我们能够有动力电池整个全面运行的数据库。第二个,电池模块标准的不统一。刚才提到梯级利用这样一个难度,现在模块的规格化标准也在做。第三个,性能寿命的不确定,我们希望能有一个,像我今天PPT题目提到的,就是能够全生命周期的监测系统,我们希望把这个评价和监测的过程放在电池的整个使用的周期当中,而不是把电池淘汰下来以后再进行测试、筛选。所以我们要把它的健康状态进行实时的评估,这样也能够知道它老化以后安全性的状态。

  这就是我们规定整体的路线规划,也希望大家提一些相应的建议,因为我们也跟一些企业合作开展了相应的工作。我们知道,动力电池全生命周期的利用,包括初期的生产和首次的使用,也就是说在电动汽车上,也包括它的监控到评价、到再度的集成、到第二次的利用和回收。我们看一下第一阶段,生产和再利用的阶段,就是首次利用的阶段,在电动汽车上我们需要有一个运行的监控系统,就是说我刚才提到我们动力电池的编码制度已经有了,就是说这个时候电池从生产下来到电动汽车使用的时候已经有了一个身份证,我们可以全程知道它的身体状态、它所有的信息。而监控系统得到的数据有这样一些特点,它的实施性、它的惟一性和它的全面性、以及它的可全程追踪的特性。到了第二个阶段,健康状态的评价,也就是我刚才说的,全程的监测,是什么样一个概念呢?前面第一个监控系统,是给了电池的一个身份证,和了解它所有活动的状态。

  而第二个健康状态的评价,相当于是电池后面的一个保健医院或者一个保健所,同这里头我们能够得到电池的实时的健康状态的指标,而健康状态的指标要想把它用到梯级里面,可能还需要中间的集成的过程。而集成的过程,不用像大家上面展示的这个图一样去进行费力的拆解和利用,如果这样我们需要怎么做呢?需要考虑的是,后期再利用的场景是什么状态,包括高端的领域,比如储能等等这样的领域,也包括低端类型的,比如说家庭储能,就是很简单的,包括回收的阶段。我们可能需要考虑的是,每一个应用的领域所对应的实际使用的工况是什么样的状态,这个工况所对应的参数,比如说它的能量要求、它的功率要求,我们这些参数值都是输在这个评价体系里头的。这个时候因为健康状态评价体系可以实时的知道电池的状态是什么样的,就是电动汽车上的电池状态是什么样的,我们这个时候就能够根据你这个体系里未来可能用的这些领域的指标参数来进行匹配,实时的就可以显示每一个电池模块所处的健康状态是属于能够用的领域A、领域B还是领域C里面,还是这个电池已经衰减到只能直接进入材料回收的阶段,所以这是我们想得到的这样一个数。

  通过这样一个阶段,到再成组集成的话就相对比较简单了,我们认为再成组集成绝大部分还是以模块级别的成组集成,而不是到单体,这样拆解和再集成的成本就太高了。当然我们之前也跟一些公司聊过,他也有单体再利用的方式,就是说他的单体是比较容易拆解的,而且拆解以后留下了二次注液的孔,给电池二次的生命,用于电动自行车的领域,这也是一种模式,我觉得都可以探索。

  最重要的一个环节,就是在所谓的给了电池身份证以后,它后面的保健医院里能随时把健康状况的评估和场景匹配,随时的就知道哪些电池能够进入什么样的二次利用的领域。

  总之,这个梯级利用,像刚才肖主任说到的,确实非常复杂,也比较难,也涉及到多个领域、多个行业,包括从它的生产到车上的使用,再到类似于电、储能,包括家庭储能,电动自行车等等这样一些领域,再到材料的回收,回收到原材料,而且这些原材料品质的要求,能不能又回到我们的动力电池这个行业来。所以这也是需要各个跨行业的合作,也需要政策和标准几个方面共同的协调和配合,希望能够通过这样一个尝试,因为这些项目也已经开始在做,能够用3—5年的时间形成可复制的这样一个闭环的循环,全生病周期利用的这样一个闭环的模式。

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