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刘仕强:基于全生命周期检测的动力电池循环利用模式

  • 原创
  • 2016-12-22 15:03
  • 来源:电动汽车资源网

摘要: 22日下午,中国汽车技术研究中心新能源室高级项目经理刘仕强做题为“基于全生命周期检测的动力电池循环利用模式”的演讲。

随着新能源汽车后补贴时代的到来,技术发展与运营创新成为当前形势下推动新能源汽车行业进步的重中之重。12月21日,以“后补贴时代技术创新发展思路“为主题的2016第三届中国新能源汽车总工技术峰会暨第二届运营商与车企对接采购交流会在深圳中海凯骊酒店盛大开幕。本次大会由电动汽车资源网、中国新能源汽车总工技术峰会组委会主办,数百位自国内领先的主机厂、核心零部件企业、运营商、行业院校机构等各领域精英齐聚深圳,共同参与这一专为新能源汽车人打造的行业盛会。

刘仕强:基于全生命周期检测的动力电池循环利用模式

大会为期三天, 22日下午的会议围绕“动力电池技术创新及安全”邀请业内专家、学者与国内领先的主机厂、核心零部件企业等各领域精英展开探讨。中国汽车技术研究中心新能源室高级项目经理刘仕强做题为“基于全生命周期检测的动力电池循环利用模式”的演讲。以下是他演讲的主要内容:

一、驱动因素

(一)驱动力之一——环境和资源压力

问题:镍、钴、稀土等资源瓶颈;废旧动力电池环境污染;废旧电池安全性问题。所以,必须回收利用!

(二)驱动力之二——电动汽车/动力电池成本压力

可用能量衰减至80%时,无法满足电 动汽车领域的性能需求;电动汽车阶段仅占电池全生命周期的全部可用能量的36%;直接进入回收阶段,使用成本却占电池生命周期的全部成本。必须梯次利用!

从电动汽车上淘汰下来的电池直接进入回收环节,造成64%的能量浪费;以废品处理废旧电池,间接提升电池成本约3倍。

(三)开展动力蓄电池循环利用势在必行

节约资源,含有大量锂、钴、锰、镍等金属元素;我国贵金属储量紧张。保护环境,电解液处理过程中会产生有机废气和剧毒物质;对环境和人体健康造成危害。消除安全隐患,在特殊的温度、湿度以及接触不良的情况下,会引发自燃或爆炸;近期动力蓄电池有关安全事故频发。

二、法律政策

★新能源汽车动力蓄电池回收利用管理相关法律、政策

《环境保护法》,《清洁生产促进法》,《固体废物污染环境防治法》,《循环经济促进法》——对防治环境污染、企业清洁生产、减少资源消耗、进行再利用和资源化提出了宏观要求。

《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020》,《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》——建立动力电池梯级利用和回收管理体系,明确各相关方的责任、权利和义务,引导企业加强对废旧电池的回收利用。

《汽车产品回收利用技术政策》,《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》——从管理范围、责任主体、相关管理措施、企业要求等方面提出了方向性要求。内容包括明确管理范围,明确责任主体,明确编码制度,明确备案制度,明确规范条件,明确鼓励梯级利用。

三、规范条件

《汽车动力蓄电池行业规范条件》——2015年3月,由工信部发布,旨在引导规范汽车动力蓄电池行业健康发展,并在工信部网站实施动态公告管理。内容包括企业基本要求,生产条件要求,技术能力要求,产品要求,质量保证能力要求,售后服务能力。

《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》;《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》。2016年2月,由工信部发布,旨在引导规范综合利用行业健康发展,并实施公告管理。内容包括企业布局与项目建设,规模、装备及工艺,资源综合利用及能耗,环境保护要求,产品质量和职业教育,安全生产、职业健康与社会责任。

《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》和《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》。

《规范条件》和《公告管理暂行办法》的印发是为加强新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业(含梯级利用)管理,规范行业发展,推动废旧动力蓄电池有效回收利用,提高资源综合利用水平;综合利用是指对新能源汽车废旧动力蓄电池进行多层次、多用途的合理利用过程,主要包括梯级利用、资源再生利用、原材料能量回收利用等;《规范条件》针对企业布局和项目建设条件、规模装备和工艺、资源综合利用及能耗、环境保护、产品质量和职业教育、安全生产、职业健康和社会责任等方面均提出了规范性要求。

申请:企业准备申报资料。企业具备条件包括,具有独立法人资格;遵守国家有关法律;符合《规范条件》要求;建设项目符合管理要求;杜绝落后工艺技术、装备及产品;安全生产条件符合相关规定。资料准备包括《申请书》及其相关证明资料;营业执照副本;项目建设立项审核、核准成备案相关文件;项目建设土地审批文件。

核实:申报资料提交到省级工业和信息化主管部门。

复审:初审通过之后再上报给工业和信息化部。

公示:复审通过之后进行公示,如果无异议的话就进入《规范条件》目录。

监督管理:企业规范生产提交年度报告,再给工信部审查社会各界监督,如果合格的话,继续生产,如果不合格将进行责令整改。责令整改之后合格的话继续生产,若再不合格或者不整改的话将撤销公告。

《暂行办法》研究编制:充分考虑我国新能源汽车产业发展特点及现阶段动力蓄电池回收利用现状,《暂行办法》进一步明确动力蓄电池回收利用管理范围、相关方责任与要求、监督措施、法律责任等内容,以引导我国动力蓄电池回收利用模式的形成。

1)基本原则:落实生产者责任延伸制度;坚持产品全生命周期理念;遵循经济、社会和环境效益有机统一;充分发挥市场作用。

2)核心措施:编码及溯源管理

建立统一的动力蓄电池产品编码标准、溯源信息管理系统及相关信息共享机制;确保动力蓄电池产品来源可查、去向可追、节点可控。

3)配套措施:标准/激励扶持政策

引导产学研协作,鼓励梯级利用及再生利用;推动动力蓄电池回收利用模式创新;完善标准体系;研究建立激励机制。

四、标准体系

1、报批:20130117-T-339《车用动力电池回收利用拆解规范》;20130118-T-339《车用动力电池回收利用余能检测》。

2、起草:《车用动力电池回收利用拆卸要求》;《车用动力电池回收利用梯次利用》;《车用动力电池回收利用包装运输》;《车用动力电池回收利用材料回收》。

3、计划:《车用动力电池回收利用梯次利用标识》;《车用动力电池回收利用放电技术规范》;《车用动力电池回收利用分类规范》;《车用动力电池回收利用存储规范》;《车用动力电池回收利用可拆解性设计准则》等等。

4、征求意见稿:《汽车用动力电池编码标准》,10月18日工信部正式征求意见。编码结构包括基本结构+扩展结构,编码细化程度至单体级别。

五、经验积累

三菱公司参与的日法合作的的储能系统示范工程,以电动汽车的旧锂离子电池为原材料,其目的为演示基于就现有需求而言最优化的电力储存、充电和发电技术的高效经济可行的能源管理实践。

成员

角色职能

法国电力公司(EDF)

研究商业模式

Forsee Power

项目协调、整合操作研究商业模式

三菱汽车公司(MMC)

提供废旧电池,研究电动汽车(i-MiEV、欧蓝德PHEV)

标致雪铁龙(PSA)

提供废旧电池,提供电动汽车(标致iOn、雪铁龙C-Zero)

三菱集团(MC)

项目管理,提供新电池、研究商业模式

2010年,美国DOE支持NREL试验室启动“PHEV/EV  用动力电池二次利用”项目,通过试验室模拟试验验证及现场试验相结合的方式,分析动力电池梯次利用的可行性,并研究了特定储能工况下动力电池的衰减周期、动力电池车用寿命退役时间、全生命周期使用成本最优化等各方面问题,并在《Journal of power source》上发表了多篇论文。

国内动力电池的梯次利用研究处于起步阶段;科研项目-国家电网《电动汽车动力电池梯次利用技术研究与示范》(2012~2014)。

北京市建成国内首条汽车动力电池系统梯次利用与回收示范线,实现动力电池利用效率最大化和环保回收;河南省建成退役动力电池储能示范工程,是国内首个真正意义上的机遇退役动力电池的混合微电网系统;江西省电力科学研究院建成百KW级的风光储能示范工程,利用电动汽车淘汰的动力电池作为储能系统,实现了车用废旧动力电池的再利用。

研究方法包括:动力电池加速寿命预测方法研究、动力电池健康状态评估方法研究、动力电池梯次利用工况寿命模型建立、动力电池电动汽车使用工况寿命模型、动力电池电网储能工况寿命模型、基于电池多信息融合的动力电池SOH预判技术及评估装置研发、先进的动力电池SOH保险技术研究及保险。

技术屏障:既有的研究经验和国外的研究成果说明目前车用动力电池梯次利用的主要阻碍因素包括,市场机制不健全,政策法规不完善;缺乏历史数据,无法追溯动力电池的使用状态;再利用场景的不确定性,无法确定再利用时的衰减规律;车用动力电池系统拆解及新系统成组的高成本、高风险;动力电池老化后的安全隐患增大。

影像因素

解决方案

历史数据缺乏

动力电池运行数据库

电池模块标准不统一

动力电池模块规格标准化

动力电池性能和寿命不确定

动力电池健康状态评估

电池老化后的安全性

运行监控系统、在成组集成技术

六、路线规划

动力电池全生命周期检测和循环利用包括电池运行监控系统、电池健康状态评级体系、电池再成组集成系统。电池再成组集成系统包括低端领域、高端领域和材料回收。低端领域、材料回收和电池健康状态评级体系组成健康状态评估,再利用场景指标匹配。

动力电池全生命周期检测和循环利用整个过程包括生产和首次使用;监控、评价和再度集成;二次利用和回收。

七、目标展望

跨行业合作,形成可复制的动力电池再利用常态化的闭环模式。整个闭环过程包括动力电池(电芯、模块、系统)、PHEV/EV、梯次利用(电网储能、基站备电)、原材料(镍、钴、锰、锂、铜……)。

车用动力电池的梯次利用是跨行的合作,涉及车辆、电网、通信、有色金属等多个行业;该模式的落地实施需要各行业在政策、标准、准入等方面的共同协调配合。

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