王芳:基于全生命周期監(jiān)測的動力電池循環(huán)利用模式
“基于全生命周期監(jiān)測的動力電池循環(huán)利用模式”是一個(gè)很框架性的東西,里面講到的一些內(nèi)容也會涉及到其實(shí)很重要的一塊,也和今天討論的主題材料的階段,就是最后的回收再利用的階段也是我特別特別關(guān)心的,也是特別想多學(xué)習(xí)的一些內(nèi)容,所以也是今天向大家學(xué)習(xí)的地方。
我的報(bào)告主要從幾個(gè)方面,驅(qū)動因素、法律政策、規(guī)范條件、標(biāo)準(zhǔn)體系、經(jīng)驗(yàn)積累、路先規(guī)劃、目標(biāo)展望。
第一,驅(qū)動的因素。講兩個(gè):
第一個(gè)驅(qū)動力,是環(huán)境和資源的壓力。2015年銷量達(dá)到38萬輛,2015年底是50萬輛這樣的保有量,到2020年咱們的規(guī)劃是200萬輛的銷量,到那時(shí)候我們測算了一下,我們額外算了一次,算出來大概34萬噸這樣的數(shù)量級。帶來的結(jié)果就是,一些稀有資源的瓶頸,一些廢舊動力電池環(huán)境的污染,以及廢舊電池?cái)R置或者是在車上的存放帶來的安全性的問題,所以這也是我覺得從環(huán)境和資源的角度必須要考慮回收的一個(gè)原因。其實(shí)我們也有跟材料廠交流過,像包括貝特瑞這樣的企業(yè),他們做回收的目的也非常的直接,我們要考慮,一個(gè)是環(huán)境,另外一個(gè)最重要的是,我們除了開礦以外,我們想要獲得原材料的途徑就必須要開展這樣回收的工作。
第二個(gè)驅(qū)動力,電動汽車核動力電池成本的壓力。我們知道,現(xiàn)在的電動汽車要求容量削減到80%以下,就認(rèn)為要脫離動力電池的范圍了,就是壽命終止了。實(shí)際上我們可以看下來,求一下這個(gè)面積就知道,動力電池在這個(gè)階段可用的能量大概是在36%左右,而如果這個(gè)時(shí)候直接進(jìn)入到回收的階段,它的使用成本就是所占電池整個(gè)生命周期的成本很有限了。我們希望64%的能源浪費(fèi),大概只是直觀的數(shù),當(dāng)然要是從材料回收再回到動力電池,也還是有一定的這種利用價(jià)值。因?yàn)榇蠹乙部吹?,?020年規(guī)劃》,包括《2025技術(shù)路線圖》等等這樣一些里面也提到,比如2020年電池的成本要達(dá)到8毛錢/瓦時(shí)這樣的數(shù),我覺得在梯級利用甚至包括回收以后的原材料再返回到動力電池,這樣一個(gè)過程也是會很大程度上影響我們整個(gè)動力電池全生命周期成本下降的重要因素,所以也是這樣的兩個(gè)驅(qū)動力。
所以從節(jié)約資源的角度出發(fā)、從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)、也從消除隱患的角度出發(fā),整個(gè)梯級利用和回收是必須要做的。其實(shí)也是我之前有講過,我們做電動汽車的目的是什么,我們是從節(jié)能、環(huán)保這樣的角度出發(fā),我們不能希望將來10年、20年或者我們的子孫后代是生活在全是廢舊電池、全是拋棄的電動汽車的環(huán)境當(dāng)中,所以咱們做這個(gè)工作是勢在必行的。當(dāng)然也有人考慮到,它的這些經(jīng)濟(jì)性等等各方面的因素,我覺得可以在不斷的技術(shù)發(fā)展過程當(dāng)中能夠有很多的一些突破的。
第二,法律政策。從法律角度,包括有《環(huán)境保護(hù)法》《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》《固棄廢棄物污染環(huán)境防治法》,規(guī)定了對環(huán)境污染的防治、企業(yè)的清潔生產(chǎn)斗提出了宏觀的要求。另外在一些重要的綱要里面,比如《2020規(guī)劃》,以及《關(guān)于加快新能源汽車指導(dǎo)意見》里面,也都明確提出要求建立電動汽車動力電池管理的體系。幾個(gè)部委也發(fā)布了《汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策》,里面也給出了大概的要求,從這個(gè)政策出發(fā),其實(shí)去年工信部也開始制定動力蓄電池的行業(yè)規(guī)范管理?xiàng)l件,就是綜合利用的規(guī)范管理?xiàng)l件,大家有看到左邊的規(guī)范條件大家都知道,在售后服務(wù)里面有一條,動力電池系統(tǒng)企業(yè)必須有回收的渠道,必須建立這樣的渠道。
在今年2月份工信部發(fā)布的《動力電池綜合利用的行業(yè)規(guī)范條件》里面也規(guī)定了這樣六個(gè)方面的要求,我想重點(diǎn)提一下資源綜合利用第三條,它的概念是什么呢?主要包括梯級利用、資源的再生利用、原材料的能量回收利用等等這樣幾個(gè)方面。
在那之后我們又開始了暫行辦法的起草編織的工作,暫行辦法的一個(gè)基本原則要落實(shí)生產(chǎn)責(zé)任延伸的制度,要堅(jiān)持產(chǎn)品全生命周期的理念在這里頭也開始了動力電池編碼制度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的編寫也就是說要使動力電池產(chǎn)品能夠做到來源可靠、去向可追蹤、整個(gè)節(jié)點(diǎn)可控達(dá)到這樣一個(gè)目的。同時(shí),在里面也提到鼓勵產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合,多種回收和再利用模式的創(chuàng)新和示范的這樣一個(gè)建議。
標(biāo)準(zhǔn)體系,剛才肖主任有提到,動力蓄電池回收有一個(gè)相對比較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系,里面有兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)報(bào)批,有四項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)正在起草當(dāng)中,還有一些標(biāo)準(zhǔn)正在計(jì)劃起草。前一陣編碼的制定正在網(wǎng)上征求意見,大概今年年初會報(bào)批。
經(jīng)驗(yàn)的積累,主要是想提一下,梯級,其實(shí)相對大面積的梯級示范并不是很多,日本三菱公司主要做了這樣一個(gè)示范的項(xiàng)目,里面主要還是用三菱汽車和標(biāo)志雪鐵龍車上淘汰下來的電池,進(jìn)行電力儲能的示范研究。美國DOE有支持這樣的國家實(shí)驗(yàn)室開始二次電池利用的項(xiàng)目,但是大部分還是在發(fā)表論文和一些實(shí)驗(yàn)室的模擬和小型的儲能電站結(jié)合的這樣一個(gè)層面上。我國在2012年國網(wǎng)有這樣一個(gè)項(xiàng)目,《電動汽車動力電池梯級利用的技術(shù)研究與示范》,在這個(gè)項(xiàng)目的研究過程當(dāng)中北京市建立了一條示范線。河南省建了一個(gè)混合微電網(wǎng)梯級利用應(yīng)用的工程。江西電網(wǎng)建立了百千瓦時(shí)的風(fēng)光儲能的示范工程。這里我們也做了一些工作,主要是研究從動力電池,從電動汽車走到二次利用的時(shí)候它的一些健康狀態(tài)的評估,和它后期的一些壽命和經(jīng)濟(jì)效益的一些分析。
我們也總結(jié)分析了目前的一些狀態(tài),包括以前的一些經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)在的一些研究成果,覺得從目前來說,梯級利用還是存在著這樣一些難點(diǎn)或者是不利的因素:
第一,市場機(jī)制的不健全,政策法規(guī)的不完善。
第二,歷史數(shù)據(jù)的缺乏。
第三,梯級利用場景的不確定性。
第四,電池拆解的難度和再重組的高成本和高風(fēng)險(xiǎn)。
第五,梯級利用以后安全隱患的加大。
針對這個(gè),因?yàn)槠鋵?shí)做完那個(gè)項(xiàng)目以后有一段時(shí)間我們沒有深入的做這個(gè),也是因?yàn)檫@么多的難度,但是從我們重新啟動來做這個(gè)項(xiàng)目開始,考慮到這幾個(gè)問題,也提出了一些解決的方案,包括一些歷史數(shù)據(jù)的缺失這塊也因?yàn)閯恿﹄姵鼐幋a制度已經(jīng)開始編寫,馬上能夠發(fā)布實(shí)施,這樣我們能夠有動力電池整個(gè)全面運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫。第二個(gè),電池模塊標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一。剛才提到梯級利用這樣一個(gè)難度,現(xiàn)在模塊的規(guī)格化標(biāo)準(zhǔn)也在做。第三個(gè),性能壽命的不確定,我們希望能有一個(gè),像我今天PPT題目提到的,就是能夠全生命周期的監(jiān)測系統(tǒng),我們希望把這個(gè)評價(jià)和監(jiān)測的過程放在電池的整個(gè)使用的周期當(dāng)中,而不是把電池淘汰下來以后再進(jìn)行測試、篩選。所以我們要把它的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的評估,這樣也能夠知道它老化以后安全性的狀態(tài)。
這就是我們規(guī)定整體的路線規(guī)劃,也希望大家提一些相應(yīng)的建議,因?yàn)槲覀円哺恍┢髽I(yè)合作開展了相應(yīng)的工作。我們知道,動力電池全生命周期的利用,包括初期的生產(chǎn)和首次的使用,也就是說在電動汽車上,也包括它的監(jiān)控到評價(jià)、到再度的集成、到第二次的利用和回收。我們看一下第一階段,生產(chǎn)和再利用的階段,就是首次利用的階段,在電動汽車上我們需要有一個(gè)運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng),就是說我剛才提到我們動力電池的編碼制度已經(jīng)有了,就是說這個(gè)時(shí)候電池從生產(chǎn)下來到電動汽車使用的時(shí)候已經(jīng)有了一個(gè)身份證,我們可以全程知道它的身體狀態(tài)、它所有的信息。而監(jiān)控系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)有這樣一些特點(diǎn),它的實(shí)施性、它的惟一性和它的全面性、以及它的可全程追蹤的特性。到了第二個(gè)階段,健康狀態(tài)的評價(jià),也就是我剛才說的,全程的監(jiān)測,是什么樣一個(gè)概念呢?前面第一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng),是給了電池的一個(gè)身份證,和了解它所有活動的狀態(tài)。
而第二個(gè)健康狀態(tài)的評價(jià),相當(dāng)于是電池后面的一個(gè)保健醫(yī)院或者一個(gè)保健所,同這里頭我們能夠得到電池的實(shí)時(shí)的健康狀態(tài)的指標(biāo),而健康狀態(tài)的指標(biāo)要想把它用到梯級里面,可能還需要中間的集成的過程。而集成的過程,不用像大家上面展示的這個(gè)圖一樣去進(jìn)行費(fèi)力的拆解和利用,如果這樣我們需要怎么做呢?需要考慮的是,后期再利用的場景是什么狀態(tài),包括高端的領(lǐng)域,比如儲能等等這樣的領(lǐng)域,也包括低端類型的,比如說家庭儲能,就是很簡單的,包括回收的階段。我們可能需要考慮的是,每一個(gè)應(yīng)用的領(lǐng)域所對應(yīng)的實(shí)際使用的工況是什么樣的狀態(tài),這個(gè)工況所對應(yīng)的參數(shù),比如說它的能量要求、它的功率要求,我們這些參數(shù)值都是輸在這個(gè)評價(jià)體系里頭的。這個(gè)時(shí)候因?yàn)榻】禒顟B(tài)評價(jià)體系可以實(shí)時(shí)的知道電池的狀態(tài)是什么樣的,就是電動汽車上的電池狀態(tài)是什么樣的,我們這個(gè)時(shí)候就能夠根據(jù)你這個(gè)體系里未來可能用的這些領(lǐng)域的指標(biāo)參數(shù)來進(jìn)行匹配,實(shí)時(shí)的就可以顯示每一個(gè)電池模塊所處的健康狀態(tài)是屬于能夠用的領(lǐng)域A、領(lǐng)域B還是領(lǐng)域C里面,還是這個(gè)電池已經(jīng)衰減到只能直接進(jìn)入材料回收的階段,所以這是我們想得到的這樣一個(gè)數(shù)。
通過這樣一個(gè)階段,到再成組集成的話就相對比較簡單了,我們認(rèn)為再成組集成絕大部分還是以模塊級別的成組集成,而不是到單體,這樣拆解和再集成的成本就太高了。當(dāng)然我們之前也跟一些公司聊過,他也有單體再利用的方式,就是說他的單體是比較容易拆解的,而且拆解以后留下了二次注液的孔,給電池二次的生命,用于電動自行車的領(lǐng)域,這也是一種模式,我覺得都可以探索。
最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),就是在所謂的給了電池身份證以后,它后面的保健醫(yī)院里能隨時(shí)把健康狀況的評估和場景匹配,隨時(shí)的就知道哪些電池能夠進(jìn)入什么樣的二次利用的領(lǐng)域。
總之,這個(gè)梯級利用,像剛才肖主任說到的,確實(shí)非常復(fù)雜,也比較難,也涉及到多個(gè)領(lǐng)域、多個(gè)行業(yè),包括從它的生產(chǎn)到車上的使用,再到類似于電、儲能,包括家庭儲能,電動自行車等等這樣一些領(lǐng)域,再到材料的回收,回收到原材料,而且這些原材料品質(zhì)的要求,能不能又回到我們的動力電池這個(gè)行業(yè)來。所以這也是需要各個(gè)跨行業(yè)的合作,也需要政策和標(biāo)準(zhǔn)幾個(gè)方面共同的協(xié)調(diào)和配合,希望能夠通過這樣一個(gè)嘗試,因?yàn)檫@些項(xiàng)目也已經(jīng)開始在做,能夠用3—5年的時(shí)間形成可復(fù)制的這樣一個(gè)閉環(huán)的循環(huán),全生病周期利用的這樣一個(gè)閉環(huán)的模式。
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