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1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2.010.724.041.651.763.442.163.116.783.23.488.193.14.5310.2
4.23
5.893.835.63.98
6.84.25
7.84.29.16.3211.91116.32016201720180引言
为响应能源体制改革，需推行新型环保能源的发展。而作为环境污染最大的汽车，则是改革的重点对象。“新能源汽车”的概念是指除汽油、柴油发动机等使用化石燃料之外的其他能源汽车[1]。现有新能源汽车的常见类型包括燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车（BEV ）和太阳能汽车等，这类汽车使用过程中排放的废气量相对较少。目前，中国新能源汽车的发展方向主要为纯电动汽车。纯电动汽车结构及运行原理简单，通过车载电源放电向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。其技术已经相对成熟，但目前来看在“车用电池”回收方面仍存在较多的问题：旧蓄电池比功率、比能量大幅下降，再使用性能差；回收成本过高，工艺复杂，不规范的处理会造成环境污染和资源浪费。笔者对此进行了一系列调查、研究及分析，并在“全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”中荣获三等奖。
1新能源汽车发展背景
近年来，随着中国汽车工业的快速发展，传统汽车所引发的环境污染、资源短缺等问题日益严重。随着新能源汽车的推行发展，化石能源市场占有率正逐渐降低，再生能源转型已经成为不可阻挡的趋势。随
着人们环保意识的增强、市场油价的大幅上调，大量用户开始青睐于电动汽车，根据网络消息显示，2018年9月新能源汽车单月已经超过12×104辆，增速达到60%以上。如此高速的发展必将引发车用动
力电池后期的大规模回收利用问题，这必将会受到关注和重视。一般来讲，当动力电池容量衰减至初始容量的80%以下时，续航里程会明显下降，动力电池不能再作为车载电源使用。若不能对动力电池系统进行有效的回收处理，不仅会带来新能源汽车产业发展与环境、资源之间的矛盾问题，更会对生态环境和人类健康产生严重危害。近几年，国家和政府大力支持发展新能源，出台了多方面的政策鼓励措施，中国新能源汽车无论是整车技术，还是市场推广，都获得了快速发展。相关行业发布数据显示，中国新能源汽车产销量正迅猛增长，并有专家预计2020年新能源汽车保有量将达到500×104辆。图1所示为2016年—2018年新能源汽车销售趋势图。由此可知，中国新能源汽车正处于发展的增长期。
在如此大规模的销售量下，面临的是庞大的动力电池需求量和报废量，预计到2020年，年报废量将会超过
收稿日期：2018-12-20基金项目：“机电汽车”湖北省优势特学科开放基金资助项目（XKQ2018025）
第一作者简介：钱伟，1997年生，男，湖北荆州人，2020年将毕业于湖北文理学院车辆工程专业。
通讯作者：王书贤，1979年生，女，河北承德人，讲师，工学硕士。
基于动力电池回收问题的分析
钱
伟，路
航，郭书铭，王书贤
（湖北文理学院汽车与交通工程学院，湖北襄阳441053）
摘要：能源作为社会发展的主要动力，不可能对其进行限制化利用，开发利用再生环保能源则成为未来发展的趋势。
汽车的普及成为现代能源利用及污染排放的主要因素，在汽车
体制上的改革是根本且有效的。然而从车用动力电池的提出、使用到回收过程中产生了一系列隐藏的环保问题，通过市场调研、文献检索的方式对其进行简要归纳分析。关键词：动力电池；新能源汽车；报废潮；电池回收中图分类号：TM912文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2019)02-0066-02
Analysis of Power Battery Recovery Problem
QIAN Wei,LU Hang,GUO Shuming,WANG Shuxian
(School of Automotive and Traffic Engineering,Hubei University of Arts and Science,Xiangyang 441053,Hubei,China)Abstract:As the main driving force for social development,we cannot restrict the use of energy.The development and utilization of renewable and environmental protection energy has become an inevitable trend of social development in the future.The popul-arity of cars becomes the main factors of modern energy use and pollution emissions,and the car system reform is fundamental and effective.However,a series of hidden environmental problems have arisen in the proposal,use and recycling process of vehicle power battery,which are briefly summarized and analyzed through market research and literature retrieval.Key words:power battery;new energy vehicle;scrap tide;battery recycling
（总第161期）新能源建设
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2.0×105t[2]。由于动力电池要求单体性质尽量保持一致，通俗来讲，就是常说的不同品牌的电池或新旧电池不能混用，那么就意味着一个单体的损坏可能使得整个电源要一并更换，因此现有动力电池使用寿命极为有限。动力电池的特点大致为质量重、体积大、正负极材料种类繁多、电池单体一致性差
、安全问题突出及寿命预测评估复杂等，这些都为后期的回收带来阻力。
2国内车用动力电池回收现状
动力电池回收的基本要求是无害化、绿化、资源利用最大化。然而，由于受规模的限制、体制的不完善及回收难度成本高，目前中国车用动力电池回收利用尚未形成规范车用电池回收市场，与大多数再生资源回收类似，从事回收利用的人员绝大部分是没有资质的个体经营者，回收行为受利益驱使而缺乏约束；加上末端的再生利用企业数量多、规模小、环保设施缺乏、技术落后，综合资源利用率低，环境污染严重。与此同时，虽然新能源汽车的前景一片大好，企业也对消费者承诺动力电池的使用寿命和质量保证可以达到10 a的时间，但考虑到使用环境的复杂多变和使用路况的不确定性，动力电池的平均寿命也只有5a之久，这也就意味着最早进入市场的新能源电池已经进入了退役期。据有关人士预测，截至2020年，中国电动汽车动力电池累计报废量将达到1.2×105t～2.5×105t的规模。因此，研究新能源动力电池的回收利用具有重大意义。
随着政府和行业的高度重视，目前国内已基本具备少数车用动力电池的回收处理技术，诞生了一批技术能力强、环保水平较高的镍氢电池、锂电池回收利用企业[3]，例如广东邦普、江门长优等。加强新能源汽车企业与电池生产企业的合作，利用动力电池生产企业在动力电池拆解、回收利用等方面的先天优势，从而形成动力电池再生产和再利用的产业链条，进而一起克服在探索建立动力电池回收模式的过程中面临的困难。
3关于回收利用的建议
3.1加强技术攻坚多层面发展
现有电池几乎为整套电池组系统供电，单体一致性要求高，如此多的单体电池故障发生率高，每一次更换就必须全套置换，价格昂贵，使用寿命短，这也是消费者在购车时的一大关注点。为此，建议在技术上采用分离式供电，小电池组互不影响，可靠性更强，维护成本更低，使用寿命更长。对于回收问题，应加强对电池拆解、重组、测试等关键技术的研发，规范回收流程，减少回收浪费及污染，改善附加值高的回收材料的工艺，使得动力电池回收具有经济可行性。此外，可以研发更多的再利用技术，提高动力电池梯级利用[4]效率，对回收的动力电池先进行各种预处理，包括放电、拆解、粉碎、分选，然后再从这些预处理过的电池中提取有用产物，用作下一次动力电池制造的原材料；同时还可以对这些动力电池进行检测、筛选，然后将那些经过简单修复后的电池分级应用到电动三轮车、电动自行车、共享单车上，从而实现动力电池的最大化利用。
3.2落实行业法规给予政策扶持
在中国，新能源动力电池的回收利用是一个正在起步和发展的新型行业，而中国对动力电池回收利用的政策指导也多为鼓励性的，并没有一个完善的回收机制。在市场方面，由于缺乏统一的行业标准，各大电池厂商在电池标准的制订方面各有侧重，电池的参数制订也不尽相同，从而使电池的性能指标
更趋于多样化[5]，这也就间接导致了在动力电池的梯级利用上难度进一步加大，因此国家相关部门应当联合国内动力电池的龙头企业制订行业标准，进而解决动力电池的梯级利用问题。同时在新能源汽车发展集聚区域，应当选择若干个城市开展新能源动力电池回收利用的试点示范，利用大数据、互联网等各种信息技术手段建立动力电池的信息管理系统，进而探索更为有效的动力电池回收利用模式，为进一步在全国范围内的普及做好先行工作。在动力电池的从业者方面，政府应当加强把控，使动力电池回收利用的从业者都具有相关的资质，避免一些投机企业跟风进入行业。
3.3加强行业合作探索动力电池回收新模式
对于动力电池的回收利用，汽车企业和电池生产厂家应当强强联手，实现优势互补，共同探索动力电池回收利用的新模式。对于新能源汽车企业来说，在汽车的研发过程中，动力电池的成本约占整个汽车生产成本的1/3以上。然而，由于动力电池的一致性等因素，动力电池的使用寿命大大缩短，使得用户体验较传统燃油汽车差，因此降低动力电池的生产成本将不仅有利于新能源汽车的发展，还使得电池生产厂家的生产规模进一步扩大。例如：新能源汽车企业可以将回收的动力电池交给电池生产厂家，利用电池生产厂家的技术优势对电池进行拆解，回收原材料，再用得到的原材料重新生产新的动力电池，通过这样的合作加强企业之间的联系，从而形成更好的探索动力电池的回收模式。
4结语
据有关人士预测，截至2020年年底，全国累计报废动力电池将达1.2×105t～2.5×105t；到2025年，动力电池年报废量将达到5.0×105t的规模。这意味着，如果不对报废的汽车蓄电池进行必要的回收和处理，不仅会造成大量资源浪费，还会对环境造成污染。基于当前形势，很有必要对动力电池的回收利用进行实践探索，以及为动力电池行业制订规范化标准，从而建立一套完善的车用动力电池回收利用体系，以解决车用动力电池在进入生命周期末端后所带来的潜在环境污染和资源浪费问题，进一步推动中国循环经济产业健康快速发展，支持中国电动汽车产业实现可持续发展，使车用电池回收变成一种可持续发展的财富，使新能源动力电池更环保、更清洁、更持久。
（下转154页）
钱伟，等：基于动力电池回收问题的分析
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2017年9月汽车销量2019年第2
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（责任编辑：刘晓芳）
当得到弹性变形量δψ以后，根据赫兹接触关系，可将每个滚动体处的弹性接触载荷写为：
Qψ=Kδ1.5ψ，(4)式(4)中，Qψ为滚动体处的弹性接触载荷，N；K为赫兹接触系数。
对于钢球和滚道的接触，赫兹接触系数可以写为：
K=2.15×105∑ρ-12(δ*)-32，(5)式(5)中，∑ρ为曲率和；δ*为弹性参数。
根据静力平衡关系，轴承的内力应和外力相等，即有以下静力平衡方程：
F r=∑Qψcosψ，(6)式(6)为一非线性静力平衡方程，需要采用数值方法进行求解。
1.2轴承热膨胀
设室温为T a，外圈的温度为T o，材料的线性膨胀系数为Γo，外圈的直径为d o，则轴承外圈因温升而导致的膨胀约为：
u toc=Γoπd o(T o-T a)。(7)因此，轴承外圈的直径增加量为：
u to=Γo d o(T o-T a)。(8)同理，轴承内圈的直径增加量为：
u ti=Γi d i(T i-T a)，(9)式(9)中，Γi为膨胀系数；T a为内圈的温度，℃。
当考虑轴承热膨胀时，轴承外圈和内圈的直径由原来的d o、d i变为d o+u to、d i+u ti。将考虑温升后的直径d o+u to、d i+u ti代入相应的模型中，并进行求解，即可对轴承温升下轴承内部载荷分布特性进行研究。
2仿真分析
本文采用Newton-Raphson方法对所建立的考虑温升的轴承载荷分布模型进行求解。分析的轴承为深沟球轴承，该轴承的主要参数为：滚球个数7，滚球直径12.7mm，内滚道初始直径52.292mm，外滚道初始直径77.706mm，内、外沟道曲率半径均为6.6mm。材料的线性膨胀系数为12.5E-61/℃，径向力为8900N。
本节分析以下四种温度分布情况下轴承内部的载荷分布特性：a)内圈温升0℃，外圈温升0℃；b)内圈温升10℃，外圈温升5℃；c)内圈温升15℃，外圈温升10℃；d)内圈温升20℃，外圈温升15℃。在上述四种温度分布情况下，轴承内部的载荷分布情况如表1所示。
从表1中可以看出，由温度分布而引起的轴承元
件的热膨胀会导致轴承内部各滚球处的接触载荷发生改变，从而对接触载荷分布产生影响。通过对比分析可以发现，从第一种情况到第四种情况，承受载荷的滚球数减少，最大接触载荷不断增大，这表
明在一定情况下，随着轴承内、外圈温度的升高，热膨胀会导致轴承内部最大接触载荷增大，负荷区域变小。
表1四种温度分布情况下各滚球处的接触载荷单位：N
3结语
对热膨胀下轴承内部载荷分布特性展开研究。通过建立考虑热膨胀的轴承内部载荷分析模型，并通过Newton-Raphson方法对上述模型进行求解，分析了不同温升下轴承内部载荷的分布规律。结果表明，当外载荷一定时，热膨胀后轴承内部最大接触载荷增大，负荷区域变小。
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（责任编辑：刘晓芳）滚球
情况一下各滚
球处接触载荷
情况二下各滚
球处接触载荷
情况三下各滚
球处接触载荷
情况四下各滚
球处接触载荷10000 20000 38014 4.30 42848281528062797 54509458145984614 62848281528062797 78014 4.30 80000 90000
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