五、梯次利用的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)
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(yè)廢品，進(jìn)行報廢和拆解，提煉其中的原材料，實(shí)現(xiàn)原材料的循環(huán)利用，這方面已經(jīng)有一些國內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)作；另一種方式，則考慮退役的動力電池，雖然已經(jīng)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(lǐng)域作為 電能的載體使用，從而充分發(fā)揮其剩余價值。
相對而言，梯次利用更能夠發(fā)揮產(chǎn)品的最大價值，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的利益最大化，是更為綠色和環(huán)保的做法。但梯次利用所面臨的難題和挑戰(zhàn)也非常的多，如果不能有效解決，就不能實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)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(shè)計，其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計，模組連接方式，工藝技術(shù)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(nèi)部模組。那么，在電池拆解方面，就需要進(jìn)行柔性化的配置，將拆解流水線進(jìn)行分段細(xì)化，針對不同的電池pack，在制定拆解操作流程時，要盡可能復(fù)用現(xiàn)有流水線的工段和工序，以提高作業(yè)效率，降低重復(fù)投資。
在拆解作業(yè)時，不可能完全實(shí)現(xiàn)自動化，必然存在大量的人工作業(yè)，而pack本身是高能量載體，如果操作不當(dāng)，可能會發(fā)生短路、漏液等各種安全問題，進(jìn)而可能造成起火或爆炸，導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)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(yè)，是梯次利用的一個重點(diǎn)。
2. 剩余壽命預(yù)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(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)有完整記錄，那么當(dāng)梯次利用的廠家拿到這些數(shù)據(jù)之后，結(jié)合電池的出廠數(shù)據(jù)，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(yùn)行條件下電池模組的剩余壽命（根據(jù)所設(shè)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(shù)據(jù)記錄，僅有出廠時的原始數(shù)據(jù)（如標(biāo)稱容量、電壓、額定循環(huán)壽命等），使用過程未知，當(dāng)前狀態(tài)未知。當(dāng)梯次利用的廠家拿到電池后，如何判斷其健康狀態(tài)和剩余壽命呢？這就需要對每個模組進(jìn)行測試，先明確其當(dāng)前的健康狀態(tài)，然后要根據(jù)測試數(shù)據(jù)和出廠時的原始數(shù) 據(jù)，建立一個對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)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(shè)備、測試費(fèi)用、測試時間、分析建模等，都會增加不少的成本，導(dǎo)致梯次利用的經(jīng)濟(jì)價值降低?；谟邢薜臄?shù)據(jù)，對剩余壽命的預(yù)測也是不準(zhǔn)確的，這無疑又會增加梯次利用產(chǎn)品的品質(zhì)風(fēng)險，使得產(chǎn)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(guān)鍵所在。
3. 系統(tǒng)集成技術(shù)
梯次利用，最合理的應(yīng)該是拆解到模組級，而不是電芯級，因?yàn)殡娦局g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(tǒng)中混用？這里面有幾個系統(tǒng)集成技術(shù)必須著重考慮并解決：
1）分組技術(shù)
需要對不同的電池模組建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)材料體系、容量、內(nèi)阻、剩余循環(huán)壽命等參數(shù)重新分組。分組參數(shù)設(shè)定要合理，過大不好，模組離散性大，成組為系統(tǒng)后，對系統(tǒng)性能和壽命影響很大；過小也不行，分組過于嚴(yán)格，會導(dǎo)致可匹配的模組少，系統(tǒng)集成困難，產(chǎn)品成本很高。
2）成組技術(shù)
什么類型的電池模組可以成組為系統(tǒng)，這需要結(jié)合產(chǎn)品定位和目標(biāo)市場（高端？中端？低端？），現(xiàn)有電池模組等級和類型，以及產(chǎn)品開發(fā)具體目標(biāo)（性能，壽命等），建立一個系統(tǒng)級模型，推算出相關(guān)的匹配系數(shù)，確定產(chǎn)品的總體方案。
3）系統(tǒng)柔性設(shè)計
這里有兩個方面需要考慮：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(lián)數(shù)，那么系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)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(tǒng)的魯棒性
（鋰）電池管理系統(tǒng)的設(shè)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(lǐng)域做到相當(dāng)?shù)某墒?，最多?shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化而已。針對電池組的優(yōu)化管理，尚無非常有效的解決方案，因?yàn)殡娦静⒉皇且粋€特性比較明確的物理系統(tǒng)，而是一個在不斷變化的化學(xué)系統(tǒng)，其各項參數(shù)都與運(yùn)行工況、外部環(huán)境、內(nèi)部劣化速度相關(guān)， 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(chǎn)業(yè)相對成熟。國內(nèi)在BMS軟硬件研發(fā)方面，起步較晚（最近幾年的事情），理論研究不足，工程應(yīng)用是小步快跑，整體資源投入不足，各家企業(yè)都還沒有非常穩(wěn)定可靠的解決方案。
在梯次利用領(lǐng)域，BMS所要面對的情況，比汽車領(lǐng)域更為復(fù)雜。面對各種化學(xué)體系、各種規(guī)格和批次、各個生產(chǎn)廠家、各種健康狀態(tài)的電池模組，如何進(jìn)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(yīng)確保BMS的硬件歸一化設(shè)計，兼容各種不同的模組，而不必針對不同的模組和產(chǎn)品，開發(fā)多種規(guī)格的硬件產(chǎn)品。這樣可以簡化BMS的 硬件開發(fā)、升級和維護(hù)，降低產(chǎn)品的成本。在軟件方面，需要做到底層軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和固定化，應(yīng)用層軟件做到模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，能夠自適應(yīng)各種類型的模組，并能夠自我學(xué)習(xí)，在運(yùn)行過程中為模組和電芯建立模型，做到智能化的監(jiān)控、預(yù)測、診斷、報警和各類在線服務(wù)。軟件的升級可在線進(jìn)行，并可遠(yuǎn)程升 級。
5. 成本控制
毫無疑問，成本是梯次利用的最大優(yōu)勢，也是梯次利用經(jīng)濟(jì)效益的來源。那么如何做到良好的成本控制，將系統(tǒng)成本做到新電池產(chǎn)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(fā)展成為一個龐大的產(chǎn)業(yè)。
在原材料環(huán)節(jié)，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(fù)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(xù)的產(chǎn)品成本。
在產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)，如上面所講，系統(tǒng)集成是關(guān)鍵，電池模組混用、系統(tǒng)柔性化設(shè)計、BMS魯棒性設(shè)計等，都能有效降低產(chǎn)品物料成本。
在產(chǎn)品的運(yùn)維環(huán)節(jié)，如何確定合理的質(zhì)保年限，做到智能化的管理，遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等，都會影響產(chǎn)品的生命周期成本。
6. 產(chǎn)業(yè)鏈整合
動力電池的梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈，涉及到用戶（車主或商業(yè)運(yùn)營單位）、車企、動力電池企業(yè)、梯次利用企業(yè)，如何創(chuàng)造一個共生共贏的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，是必須要考慮的。
如果僅僅是后端的梯次利用企業(yè)獲利，那么用戶、車企、以及動力電池企業(yè)，就沒有足夠的動力去參與和推動動力電池的梯次利用，產(chǎn)業(yè)規(guī)模就難以起來。
這既需要政府層面建立相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，也需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的企業(yè)，一起緊密合作，嘗試成立電動汽車后市場的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，大家一起來參與，才能推動產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
7. 商業(yè)模式創(chuàng)新
對于動力電池的梯次利用衍生產(chǎn)品，客戶在知情的情況下，會對產(chǎn)品的性能、壽命、可靠性、安全性等心存疑慮，產(chǎn)品的推廣會存在一定的阻礙。在產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用 方面，要充分考慮客戶的現(xiàn)狀和訴求，多種商業(yè)運(yùn)作方式相結(jié)合，在充分幫助客戶獲利的基礎(chǔ)上，獲得自己的利益。可充分借鑒其他行業(yè)的一些成功經(jīng)驗(yàn)，如分期付款、分時租賃、盈利后結(jié)算、托管運(yùn)營、甚至免費(fèi)供貨（靠后續(xù)增值服務(wù)）等，探索梯次利用方面的有效商業(yè)模式。
六、可靠性與安全性難題
1. 電芯的容量和內(nèi)阻離散性
即使經(jīng)過嚴(yán)格篩選的退役電池模組，在重新配對成組為系統(tǒng)之后，由于大多數(shù)電芯都已進(jìn)入生命周期的中后期，其老化（劣化）速度不一，并且情況較剛出廠的電池要惡劣的多，突出表現(xiàn)為容量和內(nèi)阻的差異越來越大，導(dǎo)致系統(tǒng)在可用容量和充放電功率方面越來越弱，可靠性問題嚴(yán)重。
這種老化速度的離散性變化趨勢，嚴(yán)重時會使得產(chǎn)品的性能和壽命遠(yuǎn)低于預(yù)期，增加產(chǎn)品的售后風(fēng)險。那么在技術(shù)研究上面，除了上述已經(jīng)談到了的分組和成組技術(shù)，還需要結(jié)合BMS的智能化管理和電力電子的功率變換技術(shù)，通過BMS在運(yùn)行過程中去“感知”這種變化趨勢，并找出系統(tǒng)的短板，再通過電力電子技術(shù)去平衡或彌補(bǔ)“缺陷”，一定程度而言，可以延緩這種加速老化的趨勢，延長使用壽命。
2. 潛在的安全隱患
針對拆借后的電池模組，僅通過目視檢查，是無法發(fā)現(xiàn)一些安全缺陷的，如輕微脹氣、漏液、內(nèi)短路、外殼破損、絕緣失效、極柱腐蝕等。如果這些安全缺陷不被檢查出來，相關(guān)模組用到新產(chǎn)品中，那么會導(dǎo)致新產(chǎn)品存在較為嚴(yán)重的安全隱患。采取簡單、快速而有效的檢查措施為拆解后的電池模組進(jìn)行安全“體檢”，這是非常重 要的測試工序。
在新產(chǎn)品運(yùn)行過程中，BMS仍然承擔(dān)著電池“家庭醫(yī)生”的角色，必須時刻對安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，排查隱患，及時采取措施。在梯次利用市場，BMS的安全檢測功能顯得尤為重要，如同人到中年，身體自然不如年輕人那么健康，及時體檢，能夠發(fā)現(xiàn)大多數(shù)疾病的前兆。
（轉(zhuǎn)載請注明作者“夏軍”及來源“新能源Leander”公眾號）
