隨著新能源車推廣普及的程度逐步加大，未來的動力電池將面臨大規模退役的問題。2020年，最早推廣的一批新能源車型即將退役，預計今年的退役規模將達到25GWh（約20萬噸）。如何利用好、管理好此等規模的廢舊動力電池，值得全社會共同思考。
在我國政府的大力推廣下，中國已經多年蟬聯全球最大的新能源汽車市場，同時也是新能源動力電池最大的生產國家。根據中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會研究部發布的報告顯示，2019年我國動力電池裝機量約62.2GWh，同比增長9.3%。隨著新能源車推廣普及的程度逐步加大，未來的動力電池將面臨大規模退役的問題。2020年，最早推廣的一批新能源車型即將退役，預計今年的退役規模將達到25GWh（約20萬噸）。如何利用好、管理好此等規模的廢舊動力電池，值得全社會共同思考。
1、廢舊動力電池回收利用階段劃分
當動力電池不能完全滿足車用需求時，可以應用于其他場景，繼續發揮其功能，做到資源利用的最大化。根據電池性能衰退程度，可將回收利用大體分為四個階段，從第一階段向下級延伸，直至完全不能滿足各場景的使用要求后，進入第四階段，即再生利用環節。
第一階段的電池可應用于對放電功率要求稍低的低速電動車、電動三輪車等移動、復雜工況場景；第二階段的電池可應用于電網等對電池性能要求較低的儲能場景；第三階段的電池主要為低端儲能場景，如家庭儲能、充電寶等；第四階段的電池將被再生利用，回收金屬元素。
前三個階段的動力電池為梯次利用環節，能否提升梯次利用的經濟性，是提升電池全生命周期價值的重中之重。
2、梯次利用電池的處理流程
首先判定其是否可整包應用，如性能良好，并能滿足相應場景要求，則整包進入梯次利用環節。如不能整包利用，則拆解模組，分選出性能良好的模組，對其進行重組后進入使用環節。對不能滿足要求的模組進一步拆分到單體，挑選能夠梯次利用的單體進行二次重組。
3、典型梯次利用場景及其工況要求
梯次利用場景多種多樣，每種場景都有與之相對應的使用要求。本文將針對典型應用場景進行重點研究，并分析廢舊動力電池在各場景下的梯次利用難易程度。
3.1 通信用備用電源使用場景
通信基站出于安全方面的考慮，對電池材料進行了限制，僅使用磷酸鐵鋰電池。電池分為分立式和集成式兩種，兩者的區別在于電池模塊與電池管理系統是否集成為一體。廢舊電池在這兩種形式的電源上均能實現梯次利用，對比兩種電源的相關標準（YD/T?2344.1—2011 通信用磷酸鐵鋰電池組?第1部分：集成式電池組、YD/T 2344.2-2015 通信用磷酸鐵鋰電池組 第2部分：分立式電池組），可以看出兩者僅在循環壽命的要求上存在較大差異，其他指標要求幾乎相同。
通過對比車用動力電池和通信基站備用電源的試驗內容及方法，不難發現，車用動力電池退役后，如果僅是剩余容量發生了變化，其他性能衰退不嚴重的情況下，只需重點在容量保持率、電池組一致性、深度放電等方面通過相關檢測后就能在通信基站備用電源領域應用。
表2 車用和基站用電池的標準及試驗方法對比
3.2 儲能集裝箱使用場景
梯次電池也可在儲能領域進行推廣應用，通常可以用做應急能源，也可以在電網負荷低的時候儲能，在電網高負荷的時候輸出能量，實現削峰填谷的功能，減輕電網波動。
儲能集裝箱系統將儲能電池、電池管理系統BMS（battery management system）、儲能變流器系統PCS（power control system）、動環監控系統、消防系統、空調系統等集中于一個集裝箱內。
典型的40英尺（12192mm×2438mm×2896mm）集裝箱儲能系統架構方案主要包括4個部分：儲能變流器PCS、梯次電池組、主動均衡電池管理系統BMS和電池柜，同時配備動力環境控制系統及消防系統。
由于集裝箱尺寸較大，因此該場景下推薦對廢舊動力電池進行整包利用，減小電池拆包重組成本。同時，如果將該系統布置在工業園區等露天面積較大的場地，可以在屋頂配合光伏板發電，進一步提升儲能系統的經濟性。企業自行搭建的儲能集裝箱往往難以接入國家電網，組建園區內的電力微網是最為實際的方案。若儲能規模較小，可優先通過充電樁為新能源車充電；若儲能規模較大，可考慮為辦公樓等其他用電場所提供電力。
3.3 低速車使用場景
低速電動車涵蓋電動自行車、電動摩托車、電動三輪車、低速電動汽車等多種場景。
針對快遞公司所使用的電動三輪車，部分公司開展了梯次電池租賃模式的示范推廣。電池的產權歸屬于梯次利用企業，快遞公司付費租用，后期的電池維修、更換也由梯次利用企業負責。這種商業模式可以帶來以下的幾點優勢：①可以平衡快遞公司單次采購大批量電池帶來的成本壓力；②電池的電量使用完畢后，通常放置在充電柜中進行充電，充電條件溫和，有利于延長電池的使用壽命；③梯次利用使用之后還可以將電池有效回收，進入再生利用環節，避免電池造成環境污染。
按照《四輪低速電動車技術條件》（草案）要求，低速電動汽車的動力電池在安全、電性能及循環壽命3項關鍵技術方面的要求均引用新能源車用動力電池對應的標準，車用梯次動力電池在低速車領域的適應性較高。
表3 低速電動汽車對動力電池的性能要求
3.4 AGV小車使用場景
AGV (Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)小車指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業應用中不需駕駛員的搬運車，以蓄電池為其動力來源。
AGV小車的工況特點如下：固定路線、淺充淺放、使用條件溫和。目前，AGV小車通常使用的電池仍是鉛酸電池，若改用退役的動力電池可提升其工作性能。因此，可利用梯次動力電池對原有鉛酸電池進行替換。
表4 AGV小車用鉛酸電池和梯次鋰離子電池性能對比
4、動力電池梯次利用難點
動力電池的梯次利用面臨諸多挑戰，尤其在經濟性、安全性方面的難題制約著該產業的進一步發展。
4.1 拆解利用，成本高昂
每家整車企業的電池系統設計均不相同，無法采用同一套拆解流水線，導致電池拆解時極為不便，自動化程度極低。
廢舊動力電池在拆解進行梯次利用時，必須經過多道工藝流程，包括品質檢測、安全性評估、循環壽命測試等，再將電芯分選分級、重組后才可以實現梯次利用。整個處理的過程耗時耗力，成本居高不下。
4.2 梯次電池的安全性需要重視
退役動力電池經歷了嚴酷的車用使用環節，各方面的性能衰退難以直接判別，尤其是電池的安全問題應當引起行業的重點關注。隨著電池循環壽命的增加，起火、自燃等隱患大幅上升。對于新電池的安全標準、試驗方法已經很完備，但對于梯次電池的安全性，目前沒有相關的標準可以參考。部分企業提出利用大數據的方式判斷電池模組的健康情況，這種方式可否單獨使用還是作為人工篩選的輔助手段需要進一步研究。
同時，梯次電池的使用場景缺乏管控。哪些場景下可以使用梯次電池，哪些場景禁止使用梯次電池沒有相應要求；在梯次電池的應用中，如何應對其進行監控、出現事故后責任如何判斷都是行業監管的空白地帶。
5、動力電池梯次利用任重道遠
廢舊動力電池的梯次利用產業發展任重道遠。通過以上內容的研究，可以看出，廢舊動力電池梯次利用可以實現資源利用的最大化，符合綠色、循環、可持續的發展理念。其使用場景豐富，市場空間巨大，在利用得當的前提下，可以創造很大的經濟價值。但該產業也面臨著經濟性、安全性的雙重考驗，只有突破這兩大瓶頸，才能迎來產業的高質量發展。
