10.16638/jki.1671-7988.2019.12.009
赵小羽，黄祖朋，胡慧婧
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）
摘要：随着新能源汽车行业持续稳定的发展，未来几年将会有大量的新能源汽车动力电池退役，如何对这些退役电池进行合理有效的处置成为了社会普遍关注的焦点。基于此，文章对退役动力电池的电性能进行了研究，证实了退役动力电池进行梯次利用的可行性。在此基础上，文章进一步提出了梯次利用可能的应用场景，为新能源汽车退役动力电池的市场挖掘及价值最大化利用提供了思路。
qq自动挡关键词：新能源；动力电池；退役电池；梯次利用；应用场景
酷派coupe中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)12-25-03
Feasibility and application of battery repurposing*
Zhao Xiaoyu, Huang Zupeng, Hu Huijing
( SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007 )
Abstract:With the sustainable and stable development of the new energy vehicle industry, a large number of new energy vehicle power batteries will be decommissioned in the next few years. How to deal with these decommissioned batteries reasonably and effectively has become the focus of social attention. Based on this, the paper studies the electrical performance of decommissioned power batteries, and confirms the feasibility of using decommissioned power batteries in cascade. On this basis, this paper further proposes the possible application scenarios of cascade utilization, providing ideas for discovering the market and maximizing the value of retired power batteries of new energy vehicles.
Keywords: New energy; Power battery; Retired batteries; Repurposing; Application scenarios
CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)12-25-03
引言
在政府的大力支持和推动下，近10多年来中国的新能源汽车行业发生了翻天覆地的变化。在未来的十
几年里，中国的新能源汽车行业仍将处于发展的战略机遇期[1]。新能源汽车行业快速发展的同时，也带动了上下游行业的蓬勃发展，最为显著的是动力电池行业[2]。目前，我国的动力电池产销量已经位列全球第一，动力电池的设计及制造技术也处于全球领先地位，电池的电性能及制造成本有着巨大的优势。尽管如此，当前我国动力电池的采购成本仍然占据了整车成本的30%～50%，如何进一步降低其使用成本成为了新能源汽车企业的燃眉之急[3]。动力电池进行梯次利用，满足不同的场景使用需求，从多方面、多层次、最大化地挖掘动力电池的价值，降低其在新能源汽车上的使用成本，成为了车企重点关注的焦点。本文即是在此背景下开展研究工作，探索动力电池从新能源汽车上退役后继续梯次利用的可行性，并分析其可能的应用场景。
本田锋范论坛作者简介：赵小羽（1981-），女，车辆工程博士，上汽通用五菱汽
车股份有限公司技术中心副总经理兼新能源总工程师，主要研究方
向为新能源汽车设计开发及其运营生态建设。
基金项目：广西科技计划资助项目（桂科AC16380043）；柳州市科
学研究与技术开发计划资助项目（2016B030101）。
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26 1 退役动力电池现状及发展趋势
我国的新能源汽车产销量已经连续多年蝉联了世界冠军。截止到2018年底，我国新能源汽车产销量分别为127万辆和125.6万辆。同比分别增长59.9%和61.7%。预计到2020年，我国的纯电动汽车和插电式混合动力汽车的生产能力将达277万辆。伴随着新能源汽车的快速发展，从2012开始，我国锂离子电池年产量逐年上升。进入2018年后，在电动汽车快速增长的带动下，我国锂离子电池产量呈现高速增长态势[4]，达到了70GWh 的规模（图1A ）。2019年我国新能源汽车动力电池装机量约为95.9GWh ，相比2018年，同比增长约37%。预计到2020年我国动力电池市场需求将达126.8GWh 。受限于动力电池的循环寿命，未来几年，动力电池将会逐步退役，报废的动力电池数量极为庞大[5]。预计到2020年，报废量将达9.6GWh （图1B ），约14.9万吨；到2025年，动力电池报废量将达52.4GWh ，约60.2万吨。大量的退役电池给梯次利用行业带来了契机[6]。
图1 动力电池配套量（A ）；动力电池退役量及可梯次利用量（B ）
2 退役动力电池的电性能分析
2012年前生产出来的动力电池电性能相对较差。本文选取了一批从“十城千辆工程”中的大巴车上退役下来的动力电池进行分析，这些动力电池在大巴车上运行了将近3年的时间。其剩余电性能如表1所示：
表1 “十城千辆工程”大巴车上退役动力电池的电性能分析宝马标志
从上表的测试数据可知，退运电池的电性能普遍降低，可用容量下降25%-45%，内阻增大1-2倍，充放电倍率小于0.5C ，低温充放电性能较差。尽管如此，这些退役动力电池在容量保持率、充放电效率等方面还有不错的性能，可以用于一些工况比较温和、浅充浅放、工作环境在在0℃以上的场景中。
近些年来，随着我国动力电池在材料性能、制造工艺、电池一致性、循环寿命、能量密度、安全性等方面取得重大突破，退役动力电池的电性能得到了巨大的提升。本文对某款18650型磷酸铁锂动力电池进行循环寿命测试，如图2所
示，在室温下以0.5C 进行充电、1C 进行放电，充放电截止电压分别为4.2V 和2.75V 。当动力电池的可用用量降低至初始容量的80%时，循环寿命为1200次，远远超出了新能源汽车对动力电池的循环寿命要求（国家对于新能源汽车的质保要求为8年或12万km 内动力电池的衰减不超过20%，以新能源汽车平均续驶里程为300km 来计算，12万km 相当于400次的循环寿命）。
图2 某磷酸铁锂电池循环寿命测试
为了将退役动力电池进行梯次利用，本文对上述经过循环寿命测试后、容量降至80%的18650型动力电池进行特定工况下的循环寿命测试。特定工况为：0.33C 充电/0.33C 放电、充放电截止电压分别为4.15V 和3.0V 。选择该特定工况的原因为：1.退役动力电池的内阻有所升高，低倍率充放电可以有效地控制温升；2.梯次利用场景往往不要求对电池进行满充满放，适当收窄电池SOC 窗口有利于延长其循环寿命。测试结果如图3所示，特定工况下的循环寿命为400次时，容量衰减仅为4.4%。这说明了退役动力电池具备梯次利用的可行性。
图3 容量衰减至80%后的动力电池特定工况下循环寿命测试
3 退役动力电池梯次利用场景
中国一汽集团对退役电池进行测试、筛选、重组，可以将其运用于许多较为温和的场景中，如移动充电桩/车、低速电动车，3轮车、2轮车、AGV 电源、家庭储能电源、UPS 电源、电源风光路灯储能等。表2列举了其中一些场景（3轮车、2轮车、电源）对电池的性能的要求。由表2可知，这些场景的下电池峰值放电倍率普遍小于0.33C ，循环寿命的要求也低于700次（以每天1次充放电循环计算，2年的质保对应730次），退役动力电池完全能够满足这些场景的使用需求。
表2 退役动力电池梯次利用场景
（下转第36页）
2.3.1 基于现有吸能元件的优化设计
名爵小车增加汽车的吸能效应一般通过在车身安装吸能元件，但综合考虑到现如今汽车的轻量化设计理念，增加吸能元件的时的行驶速度应不超过某个临街峰值。假设汽车上横梁板厚为ζ1，下纵梁上下板厚分别为ζ2，ζ3时对应着速度达到峰值，E表示汽车吸能总量，m表示汽车的总质量，a表示汽车的
加速度峰值，建立多目标优化数学模型
:
（4）
通过计算机辅助设计得出优化前后的吸能对比和加速度对比，如图3所示。
图3 优化前后吸能、速度对比
3 改善碰撞相容性措施
改善碰撞相容性可以从两个方面进行改进。
（1）对于质量大的汽车降低其碰撞刚度，提高小质量车的碰撞刚度。可以通过提升小质量车的自身刚度来抵抗撞击同时降低大质量车的刚度来减少对小质量车的冲击。
（2）加强车内措施保护车内乘员。安全气囊也是一种很好的保护措施，但现在大多数商用车和普通民用车安全气囊并没有普及，对于小质量车更应该配备安全气囊以保证车内乘客安全。
4 结语
现如今的汽车趋于多元化，为买车族提供了更多的选择。无论是哪款车首先应该注重的是汽车的安全性，应更多的关注汽车在耐撞性、碰撞相容性以及吸能性方面的参数。制车厂也应该更加注重这方面的研究，提高出行安全系数。
参考文献
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防工业出版社,2010:84-118.
[2] 孙光永，李光耀，钟志华，张勇.基于序列响应面法的汽车结构耐撞
性多目标粒子优化设计[J].机械工程学报,2009,45(2):228-229.
[3] 雷雨成，严斌，程昆.汽车的碰撞相容性研究[J].汽车科技,2004,(1):
6-7.
（上接第26页）
4 结语
本文对退役动力电池的产业现状及未来发展前景进行了分析，预测动力电池梯次利用产业在未来6～7年内将会呈现爆发式的增长。基于此，本文对退役动力电池的电性能进行了测试分析，验证了其梯次利用的可行性，并提出了梯次利用可能的应用场景，为新能源行业持续稳定的发展提供了借鉴。
参考文献
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[5] 陈永珍，黎华玲，宋文吉，涂小琳，冯自平.废旧磷酸铁锂电池回收技
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