车用动力电池回收分级分选一致性问题的研究

　　摘 要：新能源汽车的主要动力源锂电池一直倍受关注，而对于退役动力电池的阶梯利用，已成为行业发展的关键，文章总结了我国车用动力电池发展的趋势、动力电池的回收利用与技术现状，具体分析了电池回收中分级筛选中的难点，最后对我国动力电池梯次利用的发展做了总结与展望，指出动力电池的筛选技术是动力电池在梯次利用中的关键。

　　关键词：电池回收;分级分选;一致性

　　1 新能源汽车动力电池发展趋势

　　据《中国汽车产业发展报告》预测，到2030年的时候，我国电动汽车总规模将接近6500万辆[1]。新能源汽车未来将被广泛推广，它的主要动力是磷酸铁锂电池。预计于2020年左右现有的新能源汽车用动力锂电池会进入报废期，在我国新能源汽车动力电池的报废周期一般约在3至5年，到2025年我国新增的梯次利用电池潜在规模约33.6GW·h。退役动力电池的梯次利用产业呼之欲出。

　　2 动力电池的回收利用与技术现状

　　2.1 动力电池的回收利用

　　从当前电池回收的迫切性来看，公共领域服务的新能源汽车，主要是锂动力电池，因其退役电池规模大，已成为电池梯次利用的重点领域。

　　本文提到的电池回收利用主要是指退役动力电池回收后的再次利用。再次利用又可分为梯次利用和再生利用。梯次利用是指将废旧动力电池应用到其他领域的过程，包括电池包、电池组、单体电池，可以一级利用也可以多级利用。再生利用是对于退出梯次利用的动力电池进行拆解、检测和分类后的二次使用。

　　2.2 回收电池的分级分选

　　我国2017年12月实施《车用动力蓄电池回收利用拆解规范》，2018年2月实施《车用动力电池回收利用余能检测》，在技术规范方面提出了指导意见。

　　退役电池的梯次利用依据电池容量的衰减程度分三级：第一级是电池包梯次利用、第二级为电池组梯次利用、第三级为单体电池级的梯次利用，见图1。目前技术发展上已从单体电池的拆解，发展成为电池组及电池包的回收使用，这要求梯次利用技术紧跟趋势。

　　第一级电池包梯次利用阶段，电池容量大于或等于80%，即动力电池做為正常能源电池在车中被使用，当电池包异常时，要对电池包进行检测评估，从而对整个电池包进行替换。目前常用非接触式方法进行筛选，如计算机断层扫描技术[2]、超声无损检测技术[3]，以及大数据分选技术等。

　　第二级电池组梯次利用阶段，电池使用容量处于60%-80%，最适合在储能领域，如通信基站、水利、风能、太阳能等使用。从第一级淘汰下的整包电池进行拆解，形成多个电池组，经过检测评估出性能相近、一致性、鲁棒性好的电池组进行重组使用，有问题的电池组淘汰到第三层级。

　　第三级单体电池梯次利用，此阶段将上一级淘汰下来的电池组拆解成单体电池，通过对单体电池容量等指标检测筛选后，单体电池以串、并联的方式以多种组合形式再配组，成组电池要进行评估测试，在保证重组电池安全性、一致性、稳定性情况下进行集成，开展梯次利用。重组后电池主要使用在用户侧/微电网，如企业、家庭的小型储能领域，或低速电动车等领域。

　　从梯次利用的过程中可以看出，回收电池各级中的筛选技术在其中起到至关重要的作用，精确的容量检测与容量配置是电池健康使用的保证。

　　3 重点技术分析

　　目前在梯次利用中对回收动力电池的容量配置研究不多，研究主要集中在对电池组均衡技术、电池容量估算、电池性能的分析等方面，电池容量的均衡直接关系着电池的一致性。对退役电池再利用的基础是电池包、重组电池的一致性是目前研究的难点。

　　3.1 电池容量估算分析

　　目前电池容量分级筛选方法较少，对电池容量衰退研究多些。文献[4]采用统计学非参数检验方法研究了欧姆内阻、电荷转移电阻和锂离子扩散系数与容量之间的相关性，以此了解电池衰减的原因。文献[5]建立分数阶等效电路模型实现电池容量的状态估算，但对采集数据要求高，目前较难达到要求。文献[6]提出了一种简化P2D模型来估算电池容量的方法，但模型较复杂难以应用。笔者所在公司的授权发明专利“一种锂离子电池容量分选器技术”(ZL2013105675526)，可解决重组电池测试中电池容量一致性不好时，因过充/过放而使重组电池组寿命减少的问题。此技术包括至少一个锂离子电池容量分选器，工作原理是将满容量的锂离子电池接入锂离子分选器中，随后单片机通过AD采集实时监测锂子电池的输出电压和输出电流，最后单片机计算出锂离子容量值。此技术可以同时检测多个锂离子电池，只要单片机的AD采集口足够多。

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