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動(dòng)力電池如何回收利用:豐田模式

2018-03-27 14:41:49 第一電動(dòng)網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池回收利用擺上議事日程,看豐田怎么做經(jīng)過(guò)近10年的推廣應(yīng)用,國(guó)內(nèi)新能源汽車保有量達(dá)到了一定的規(guī)模,第一批車上

中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池回收利用擺上議事日程,看豐田怎么做

經(jīng)過(guò)近10年的推廣應(yīng)用,國(guó)內(nèi)新能源汽車保有量達(dá)到了一定的規(guī)模,第一批車上的動(dòng)力電池即將步入壽命末期,對(duì)這一批電池以及后續(xù)動(dòng)力電池的回收利用已經(jīng)擺上了議事日程,而且可謂刻不容緩。

中國(guó)從2009年開(kāi)始推廣新能源汽車,截至2017年底累計(jì)推廣近180萬(wàn)輛。推廣分三步走,目前已完成前兩個(gè)階段:2009-2012年為第一階段,推廣量為2.7萬(wàn)輛;2013-2015年為第二階段,推廣量為42.3萬(wàn)輛。2016-2020年為第三階段,按照規(guī)劃,2020年底要實(shí)現(xiàn)累計(jì)推廣新能源汽車500萬(wàn)輛。新能源汽車在中國(guó)的可持續(xù)長(zhǎng)期發(fā)展,有賴于對(duì)動(dòng)力電池這個(gè)關(guān)鍵單元全生命周期的妥善處理。

工信部聯(lián)合科技部、環(huán)保部等七部委發(fā)布了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。日前,又印發(fā)了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)實(shí)施方案》,在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、中部區(qū)域等選擇部分地區(qū)開(kāi)展試點(diǎn)工作,試點(diǎn)內(nèi)容包括:

  • 構(gòu)建回收利用體系:怎么收回來(lái)最合適

  • 探索多樣化商業(yè)模式:怎么補(bǔ)償消費(fèi)者和各個(gè)環(huán)節(jié)

  • 推動(dòng)先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用:怎么處理更高效,實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用

  • 建立完善政策激勵(lì)機(jī)制等:怎么在各個(gè)層面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益

相關(guān)的國(guó)家目標(biāo)是到2020年,建立完善動(dòng)力蓄電池回收利用體系,探索形成動(dòng)力蓄電池回收利用創(chuàng)新商業(yè)合作模式。建設(shè)若干再生利用示范生產(chǎn)線,建設(shè)一批退役動(dòng)力蓄電池高效回收、高值利用的先進(jìn)示范項(xiàng)目,培育一批動(dòng)力蓄電池回收利用標(biāo)桿企業(yè),研發(fā)推廣一批動(dòng)力蓄電池回收利用關(guān)鍵技術(shù),發(fā)布一批動(dòng)力蓄電池回收利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),研究提出促進(jìn)動(dòng)力蓄電池回收利用的政策措施。

細(xì)思其中,有這樣幾個(gè)核心問(wèn)題:

  • 汽車企業(yè)的回收量基數(shù)如果不大,就存在回收網(wǎng)絡(luò)效率和回收量處理能力問(wèn)題

  • 電池的產(chǎn)權(quán)為私人或者購(gòu)買者所有,如何推動(dòng)回收率是個(gè)大問(wèn)題

  • 按照目前這個(gè)分散的體系,每個(gè)車企的電動(dòng)汽車保有量并不大,回收量因此也不大,要這些車企都對(duì)動(dòng)力電池的全生命周期進(jìn)行管理,投入產(chǎn)出比不劃算。

動(dòng)力電池的回收利用在國(guó)內(nèi)還是新事物,在建立完善相關(guān)體系的過(guò)程中,國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)發(fā)可借鑒之處。我們以在動(dòng)力電池回收領(lǐng)域已經(jīng)建立了一套完整完善的模式的豐田為例。

豐田在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域耕耘已久,雖然與電動(dòng)汽車的電池相比,HEV的電池比較小(1 Kwh),但是豐田HEV在全球的累計(jì)銷量和保有量相當(dāng)大,豐田的鎳氫電池回收和處理策略值得作為借鑒基準(zhǔn)。目前豐田混合動(dòng)力汽車的年銷量大約在150萬(wàn)輛左右,其中美國(guó)的銷售區(qū)間為25~30萬(wàn)輛、歐洲為30~40萬(wàn)輛,日本本土穩(wěn)定在65萬(wàn)輛。累計(jì)銷量方面,豐田HEV在2007年突破了100萬(wàn)輛,2010年超過(guò)了1000萬(wàn)輛。

圖2 豐田全球年銷量走勢(shì)(單位:千輛)

相應(yīng)地,豐田HEV的電池也經(jīng)歷了梯次報(bào)廢的階段,相應(yīng)地,豐田在電池的回收利用方面做了很好的應(yīng)對(duì),相關(guān)工作的時(shí)間軸如下:

  • 1998年,累計(jì)銷量達(dá)到1.86萬(wàn)輛,啟動(dòng)廢舊鎳氫電池回收計(jì)劃

  • 2009年,累計(jì)銷量達(dá)到225.7萬(wàn)輛,在全球范圍內(nèi)銷售混合動(dòng)力車輛的國(guó)家建立回收指導(dǎo)

  • 2010年,延長(zhǎng)電池回收協(xié)議,在有條件的地區(qū)確保100%回收

  • 2012年,進(jìn)行電機(jī)稀土材料的回收

  • 2013年,嘗試鎳氫電池梯次利用

圖3 豐田混合動(dòng)力汽車全球累計(jì)銷量(單位:千輛)

如下圖所示,豐田在不同地區(qū)執(zhí)行的政策并不相同,回收都是從銷量較大、實(shí)施較易的地區(qū)開(kāi)始,先回收,實(shí)現(xiàn)有效儲(chǔ)存,然后達(dá)到一定量之后再進(jìn)行處理利用。

圖4 豐田的電池處理路徑

總結(jié)一下,豐田的整個(gè)電池回收利用從以下流程展開(kāi):

1、建立回收網(wǎng)絡(luò)

日本本土是豐田最大的廢舊電池處理中心,對(duì)回收電池進(jìn)行集中處理。豐田電池回收網(wǎng)絡(luò)的發(fā)力點(diǎn)是在經(jīng)銷商網(wǎng)絡(luò)。

  • 首先發(fā)布每輛混動(dòng)車輛的應(yīng)急處理策略

  • 通過(guò)零售網(wǎng)絡(luò)對(duì)廢舊電池進(jìn)行回收

  • 通過(guò)“以舊換新”方式從經(jīng)銷商處回收舊電池

這里需要說(shuō)明一點(diǎn),由于混合動(dòng)力技術(shù)的演進(jìn),使得其電池系統(tǒng)的重量和安全性得到一定的保證,在經(jīng)銷商那里堆廢舊電池問(wèn)題不大。如果是大的鋰電系統(tǒng),并且還是廢舊的替換產(chǎn)品,那么勢(shì)必大幅增加相關(guān)存儲(chǔ)的難度和成本,不同性質(zhì)的鋰電放置在一起對(duì)于消防、存儲(chǔ)和運(yùn)輸都有很大的差異性。所以這一點(diǎn),對(duì)于純電動(dòng)汽車的鋰電池而言,不具備可借鑒性。

圖5 豐田的電池回收處理流程

2.對(duì)回收電池進(jìn)行評(píng)估

回收以后需要對(duì)電池進(jìn)行評(píng)估:

對(duì)達(dá)到使用壽命需要退役的電池,通過(guò)豐田電池回收中心來(lái)進(jìn)行退役電池的統(tǒng)一收集,建立了完善的電池收集網(wǎng)絡(luò)。對(duì)收集到的退役電池,通過(guò)對(duì)電池特性的診斷,分為三類進(jìn)行處理:

1) 進(jìn)入維修體系:對(duì)電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)和相關(guān)信息的讀取,如電池整體狀況良好,只是個(gè)別單體到達(dá)使用壽命,則對(duì)這些單體更換后重新組裝電池包,可以作為置換電池重新應(yīng)用于普銳斯汽車上。

2)梯次利用:通過(guò)檢測(cè),如果回收電池還剩余規(guī)定容量,則可以進(jìn)行梯次利用,應(yīng)用于分布式儲(chǔ)能電池系統(tǒng),用來(lái)平抑、穩(wěn)定風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇式可再生能量發(fā)電的輸出功率;或者應(yīng)用于微電網(wǎng),實(shí)施削峰填谷,減輕用電負(fù)荷供需矛盾。

3)拆解:對(duì)于完全喪失再利用價(jià)值的電池,則對(duì)電池進(jìn)行拆解和化學(xué)處理,完全回收鎳、鈷等金屬,用于生產(chǎn)新的電池,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

圖6 檢測(cè)到底做了哪些實(shí)驗(yàn),還是采用歷史數(shù)據(jù)來(lái)分析,需要評(píng)估費(fèi)用

3.電池的拆解處理

2011年,豐田在日本與住友金屬合作,實(shí)現(xiàn)鎳的多次利用,能夠回收電池組中50%的鎳。豐田化學(xué)工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當(dāng)于1萬(wàn)輛混合動(dòng)力車電池用量的專用生產(chǎn)線。

2012年,本田與日本重化學(xué)工業(yè)公司合作配置了類似的生產(chǎn)線,這條生產(chǎn)線可以回收超過(guò)80%的稀土金屬,用于制造新鎳氫電池。

在歐洲,豐田同時(shí)保持著與SNAM公司(法國(guó))、優(yōu)美科(Umicore)集團(tuán)(比利時(shí))的合作關(guān)系,由后兩者分別對(duì)鎳氫電池和鋰電池進(jìn)行回收。這個(gè)涉及到一定的量能和使用率,在電池系統(tǒng)到模組再到電芯的拆解過(guò)程中,很多的工作需要去完善。

圖7 拆解同一規(guī)格和不同規(guī)格電池的處理方式有差異

下面是細(xì)節(jié)的處理方法,后續(xù)研報(bào)再來(lái)詳細(xì)介紹。

圖8 豐田的電池再處理循環(huán)體系

4、梯次利用

鎳氫電池回收后的梯次利用豐田也做了一些嘗試。

2015年,豐田將凱美瑞混合動(dòng)力車的廢舊電池用于黃石國(guó)家公園設(shè)施儲(chǔ)能供電,重新設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng),208個(gè)凱美瑞電池可存儲(chǔ)85KWh電能,將電池的使用壽命延長(zhǎng)了兩倍。

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圖9 整包做梯次,在小電池系統(tǒng)上,HEV/PHEV是必然的

反觀國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力電池的回收利用,一方面,國(guó)內(nèi)車企和車型太多了,簡(jiǎn)單的把回收的責(zé)任全部交給一家家車企來(lái)完成,恐怕不太現(xiàn)實(shí),相關(guān)的信息跟蹤會(huì)產(chǎn)生非常多的數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效把控頗有挑戰(zhàn)性;另一方面,大的鋰電池系統(tǒng),接近壽命結(jié)束周期后有很多的狀態(tài),如果沒(méi)有數(shù)據(jù)支持,出現(xiàn)漏液和鋰晶枝內(nèi)部生成,與鎳氫電池的容量和危險(xiǎn)性不同,不容易就地儲(chǔ)存,如果把責(zé)任分擔(dān)給各自的網(wǎng)絡(luò)、各自處理,一是沒(méi)效率,二是會(huì)產(chǎn)生新的混亂

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圖10信息跟蹤在電池回收中能起到多大的作用?值得思考

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責(zé)任編輯:繼電保護(hù)

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