谈谈从成本和收益角度考虑动力电池梯次利用问题

近几年，动力锂电池成本一直在降低，这一点逐渐提高了电动汽车更大范围的推广的可能性，但电池成本仍然在整车成本中占有较高的比例。假如能够在电池作为汽车动力完成使用寿命以后，剩下的80%剩余容量继续工作，就能把电池制造成本进一步摊薄，无论从电动汽车用户还是从全社会角度考虑，这都是一件值得一做的事情。

动力锂电池的梯次利用，退役的动力锂电池到底能够做什么用？之所以规定动力锂电池在80%的剩余容量时就退役，除了续航里程变短使得用户体验变差以外，其老化以后的一致性变差，系统可靠性降低，应该是停止在高速车辆上应用的重要原因。从这里出发，考虑动力锂电池梯次利用的场景就有了大体的方向。能量密度要求不是那样高，可靠性可以通过其他手段加强或者根本上就对可靠性的要求不高，对成本比较敏感，希望获得成本低廉的能量储存装置。

罗列符合上述要求的应用场景，不算太少。配合大电网用电特点的储能装置，新能源发电厂配套的储能电站，配合家庭户用新能源发电的小规模储能，野外与电网分布地区的公共设施的供电系统储能等等。具体怎么样考虑是否适合梯次利用锂离子电池，早在2012年就有人基于此提出了一些观点，论文《SecondUseofRetiredLithium-ionBatteryPacksfromElectricVehicles:TechnologicalChallenges,CostAnalysisandOptimalBusinessModel》作者Wen-ChenLih，下面介绍这篇文章中提及的几个论点，结合我自己的理解，供参考。

1如何考虑电池老化程度？

文章介绍了一种从一致性这个维度考虑梯次利用电池老化程度的方法。8个48V/12Ah电池组由16S1P/12AhLiFePO4电池组成，首先，将每个电池组单独以0.1C（1.2A）放电至40V；休息30分钟后，以相同的C率将每个电池组充电至53.5V。其次，串联这8个电池组，形成一个384V/12Ah电池串。第三，将电池0.2C（2.4A）放电，记录每个电池组中所有电池的电压变化。前800秒放电过程电压变化情形，如下图所示：

每个电池组内每只电芯的离散程度，如下图所示。

以上述方法进行筛选，显然，电池组1和5的电池电压比其他电池的电压分布更宽，pack1是老化程度最深的，pack5居其次。

2如何考虑第二次利用电芯的成本？

这个问题在之前的一篇有关动力锂电池电芯选择的文章中讨论过。讨论一个电池的成本问题，其寿命是影响电池总成本的关键因素。从技术上讲，电池组的寿命包括日历寿命和循环寿命。日历寿命一般在15到20年之间，受环境条件影响，如湿度，温度，腐蚀，振动等。其次，循环寿命与放电深度（DOD），充电和放电电流（C率）和工作温度有关。更大的DOD，更大的充电和放电电流以及更高的工作温度，都会使得电池的循环寿命更短。由于以串联或并联的方式与电芯结合，电池组的使用寿命与电芯的寿命非常相似。

全生命周期度电成本，就是在相同测试条件下，直至电芯的第二个寿命周期规定的截止条件到达以前，全部曾经充入过电池的电量的总和，或者电池曾经放出的全部电量的总和。数值上等于平均每次充入电池电量乘以充电次数。客观来看，这个参数才是用户实际使用了的电池。电池成本，一般按照每千瓦时电量多少钱。然而，关于终端用户而言，他们的感受里，除了能够跑多远这个空间指标，还有一个能够用多长时间的时间指标。同样10万元一辆车，用3年和用5年，每年的用车成本相差40%，这个差距不可谓不大。因此，落实到全生命周期度电成本上，才是最直观的成本评价方法。

动力锂电池第一次使用时，一般的，循环寿命是主导因素。而二次利用的锂离子电池，根据具体应用场景的不同，可能要以考察日历寿命为主。比如不持续工作制的应用情况，待机时间远远大于工作循环时间，比如UPS，日历寿命决定了电池使用时间的上限。因此，要确定真正的终点是什么，再去考虑成本。

全生命周期度电成本，与电池容量、电压和使用寿命三个因素有关，同样的造价，电池容量越大，电压越高，寿命越长，则该成本越低。

3有关电池价值评估的几个观点

1）使用过的电池组的剩余价值评估

有文献给出了几种综合评估电池成本的方式，没有具体区分应用场景，而给出的通用评估方式。

其中，R/N表示当前剩余价值的百分数；η是0和1之间的一个数值，表示实际条件与理想条件之间的差异，差异越大越接近0，差异越小越接近1。

用剩余价值百分数乘以电池pack的初始价格，得到当前pack的现实价值。

2）二次利用电池组的加工成本

从梯次利用加工商的角度看，再利用电池包总成本包括再循环成本，再制造（分类，电池分级，重组，检验，验证）成本，运营费用，杂项费用等，根据相关经验值，给每类成本划定一个比例。

而后，针对不同应用场景，配置个性化的辅助设备，则还要一部分加工费用，被命名为升级制造费用。

3）综合收益最大的观点

把运营电池包新旧两个阶段整体考虑，当然，新电池阶段想要有控制的运营，恐怕要换电模式，由一个公司拥有电池，用户只是租赁使用电池这种模式。换电模式在社会上推广，尤其乘用车换电，实际存在着很多困难，这里暂且不提。这里着眼于这种总体综合考虑商业模式的视角。

文献中大体介绍了一个比较粗糙的模型，考虑新电池阶段的成本，运营费用（包含场地，人工，维修保养等），租赁收益；考虑二次利用阶段，同样也是前面几个类型的费用加上部分电池包要筛选重组的费用。两个阶段的差别在于，新电池租赁给电动汽车用户，后一个阶段租赁给储能用户。把划分新旧电池分解的时间点作为优化对象，优化目标为整体收益最大化。

这个模式，重要是与电池用户购买整个电动汽车情况存在优势的。两个阶段都是租赁，综合管理，不要面对各色各样电池包，电芯放在一起，盲目筛选，重组的情况。于是大量特性测试和安全管理的工作和费用都剩下了。

我们以现在的眼光看待这个方法，其实，综合管理公司掌握了电池整个寿命周期的全部数据，基本上就可以通过历史数据对电池的性能，经历过什么滥用以及还具备多少剩余价值做出评判了。结合我们当前的梯次利用问题，数据的完备性，是降低梯次利用成本，获得电池全生命周期最大综合收益的重要环节。从2018年起，国内首批进入市场的汽车动力锂电池将迎来报废潮。作为废旧电池回收后的重要处理方式之一，电池梯次利用正成为各家电池公司竞相布局的业务。

业内预计2018年动力锂电池报废量为14.03GWh，以锂离子电池回收价值0.3元/Wh计算，动力锂离子电池回收市场规模接近50亿元。到2020年，这一市场规模将突破100亿元，报废量约是2016年的20倍。

动力锂电池平均使用年限为5-8年，其性能随着充电次数的新增而衰减，当电池容量衰减至额定容量的80%以下，动力锂电池不再适用于电动汽车。但退役的电池经过检测、维护、重组等环节，仍可进一步在储能、分布式光伏发电、家庭用电、低速电动汽车等诸多领域进行梯次利用。当电池无法进行梯次利用时，则要进行回收拆解，做资源化处理。