在示范工程方面,大多集中于分布式發電、電網儲能和充電站等,多為中大規模的電池系統,比較適合課題性的研究和成果的展示,在應用方面的探索,還

  在示范工程方面,大多集中于分布式發電、電網儲能和充電站等,多為中大規模的電池系統,比較適合課題性的研究和成果的展示,在應用方面的探索,還需要更多樣化。

  在商業應用方面,家庭儲能、商業儲能、移動電源、應急電源等小型靈活的設備,應該可以盡快的打開市場梯次利用的市場,為企業的發展贏得先機。在本系列文章的第(四)部分,還有針對商業應用領域的進一步分析。

  總體來看,梯次利用雖然已經引起政府部門、科研機構、部分企業的關注和研究,但還沒有引起大量的資源投入,屬于“藍海”市場。隨著退役動力電池總量的爆發,這一領域所潛藏的巨大商業機遇,必將引起眾多企業的積極參與和激烈競爭。新的產品、新的技術、新的商業模式,在未來都會層出不窮。

  五、 梯次利用的難點與挑戰

  針對退役的動力電池,有兩種可行的處理方法,一種是直接作為工業廢品,進行報廢和拆解,提煉其中的原材料,實現原材料的循環利用,這方面已經有一些國內的企業進行商業化運作;另一種方式,則考慮退役的動力電池,雖然已經不滿足汽車的使用條件,但仍然擁有一定的余能,其壽命并未完全終止,可以用在其他領域作為電能的載體使用,從而充分發揮其剩余價值。

  相對而言,梯次利用更能夠發揮產品的最大價值,實現循環經濟的利益最大化,是更為綠色和環保的做法。但梯次利用所面臨的難題和挑戰也非常的多,如果不能有效解決,就不能實現真正的產業化。

  1. 電池拆解

  動力電池退役時,是整個pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設計,其內外部結構設計,模組連接方式,工藝技術各不相同,意味著不可能用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內部模組。那么,在電池拆解方面,就需要進行柔性化的配置,將拆解流水線進行分段細化,針對不同的電池pack,在制定拆解操作流程時,要盡可能復用現有流水線的工段和工序,以提高作業效率,降低重復投資。

  在拆解作業時,不可能完全實現自動化,必然存在大量的人工作業,而pack本身是高能量載體,如果操作不當,可能會發生短路、漏液等各種安全問題,進而可能造成起火或爆炸,導致人員傷亡和財產損失。因此,采取什么樣的措施和方法,確保電池拆解過程中的安全作業,是梯次利用的一個重點。

  2. 剩余壽命預測

  這里分兩種情況考慮,一種是動力電池在服役期間,其相關運行數據有完整記錄,那么當梯次利用的廠家拿到這些數據之后,結合電池的出廠數據,可以建立電池模組的簡單壽命模型,能夠大致估算出,在特定運行條件下電池模組的剩余壽命(根據所設定的終止條件)。

  另一種情況就惡劣的多了,動力電池的使用情況并無數據記錄,僅有出廠時的原始數據(如標稱容量、電壓、額定循環壽命等),使用過程未知,當前狀態未知。當梯次利用的廠家拿到電池后,如何判斷其健康狀態和剩余壽命呢?這就需要對每個模組進行測試,先明確其當前的健康狀態,然后要根據測試數據和出廠時的原始數據,建立一個對應關系,根據不同的材料體系,大致估算其潛藏的剩余價值。

  第二種情況,梯次利用的成本會提高很多,測試設備、測試費用、測試時間、分析建模等,都會增加不少的成本,導致梯次利用的經濟價值降低。基于有限的數據,對剩余壽命的預測也是不準確的,這無疑又會增加梯次利用產品的品質風險,使得產品的生命周期成本較高。所以,如何做到快速無損的檢測,是該種情況下梯次利用的關鍵所在。

  3. 系統集成技術

  梯次利用,最合理的應該是拆解到模組級,而不是電芯級,因為電芯之間的連接通常都是激光焊接或其他剛性連接工藝,要做到無損拆解,難度極大,考慮成本和收益,得不償失。

  不同批次的電池模組,甚至來自不同廠家的電池模組,如何在同一系統中混用?這里面有幾個系統集成技術必須著重考慮并解決:

  1) 分組技術

  需要對不同的電池模組建立數據庫,根據材料體系、容量、內阻、剩余循環壽命等參數重新分組。分組參數設定要合理,過大不好,模組離散性大,成組為系統后,對系統性能和壽命影響很大;過小也不行,分組過于嚴格,會導致可匹配的模組少,系統集成困難,產品成本很高。

  2) 成組技術

  什么類型的電池模組可以成組為系統,這需要結合產品定位和目標市場(高端?中端?低端?),現有電池模組等級和類型,以及產品開發具體目標(性能,壽命等),建立一個系統級模型,推算出相關的匹配系數,確定產品的總體方案。

  3) 系統柔性設計

  這里有兩個方面需要考慮:系統結構方面,需要充分考慮不同模組可能具有不同的尺寸,重量和串并聯數,那么系統內部的結構設計應該是在X,Y,Z軸方向都有很大的彈性,以兼容不同的模組,固定方式既要考慮緊固性和可靠性,又要考慮彈性和便于快速裝卸;模組的線束連接方面,多柔性化考慮,做到可快插和快換。

  4. 電池管理系統的魯棒性

  (鋰)電池管理系統的設計,一直是個世界級的難題,直到目前為止,也沒有哪個公司在這個領域做到相當的成熟,最多實現了產業化而已。針對電池組的優化管理,尚無非常有效的解決方案,因為電芯并不是一個特性比較明確的物理系統,而是一個在不斷變化的化學系統,其各項參數都與運行工況、外部環境、內部劣化速度相關,隨時間在不斷的變化。國外在算法和理論研究方面走的比較早,在工程方面也有深厚積累,所以產業相對成熟。國內在BMS軟硬件研發方面,起步較晚(最近幾年的事情),理論研究不足,工程應用是小步快跑,整體資源投入不足,各家企業都還沒有非常穩定可靠的解決方案。

  在梯次利用領域,BMS所要面對的情況,比汽車領域更為復雜。面對各種化學體系、各種規格和批次、各個生產廠家、各種健康狀態的電池模組,如何進行有效的管理,確保他們在今后的歲月中健康工作,安度晚年?

  在硬件方面,應確保BMS的硬件歸一化設計,兼容各種不同的模組,而不必針對不同的模組和產品,開發多種規格的硬件產品。這樣可以簡化BMS的硬件開發、升級和維護,降低產品的成本。在軟件方面,需要做到底層軟件模塊化、標準化和固定化,應用層軟件做到模塊化、標準化和智能化,能夠自適應各種類型的模組,并能夠自我學習,在運行過程中為模組和電芯建立模型,做到智能化的監控、預測、診斷、報警和各類在線服務。軟件的升級可在線進行,并可遠程升級。

  5. 成本控制

  毫無疑問,成本是梯次利用的最大優勢,也是梯次利用經濟效益的來源。那么如何做到良好的成本控制,將系統成本做到新電池產品的三分之一,甚至五分之一,將直接決定梯次利用是否能夠發展成為一個龐大的產業。

  在原材料環節,如何以較低的成本拿到電池pack,如何降低pack和模組拆解的難度,如何針對不同pack復用流水線和工藝,如何簡化測試,如何建立電池模型等,都會影響后續的產品成本。

  在產品開發環節,如上面所講,系統集成是關鍵,電池模組混用、系統柔性化設計、BMS魯棒性設計等,都能有效降低產品物料成本。

  在產品的運維環節,如何確定合理的質保年限,做到智能化的管理,遠程診斷和維護等,都會影響產品的生命周期成本。

  6. 產業鏈整合

  動力電池的梯次利用產業鏈,涉及到用戶(車主或商業運營單位)、車企、動力電池企業、梯次利用企業,如何創造一個共生共贏的產業鏈生態圈,是必須要考慮的。

  如果僅僅是后端的梯次利用企業獲利,那么用戶、車企、以及動力電池企業,就沒有足夠的動力去參與和推動動力電池的梯次利用,產業規模就難以起來。

  這既需要政府層面建立相關規范和標準,也需要產業鏈各環節的企業,一起緊密合作,嘗試成立電動汽車后市場的產業聯盟,大家一起來參與,才能推動產業健康發展。

  7. 商業模式創新

  對于動力電池的梯次利用衍生產品,客戶在知情的情況下,會對產品的性能、壽命、可靠性、安全性等心存疑慮,產品的推廣會存在一定的阻礙。在產品的推廣和應用方面,要充分考慮客戶的現狀和訴求,多種商業運作方式相結合,在充分幫助客戶獲利的基礎上,獲得自己的利益。可充分借鑒其他行業的一些成功經驗,如分期付款、分時租賃、盈利后結算、托管運營、甚至免費供貨(靠后續增值服務)等,探索梯次利用方面的有效商業模式。

[責任編輯:趙卓然]

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