1.鋰動力鋰電池梯次利用的意義

梯次利用的含義是指某一個已經(jīng)使用過的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到原生設(shè)計壽命，再通過其他方法使其功能全部或部分恢復(fù)的繼續(xù)使用過程，該過程屬于基本同級或降級應(yīng)用的方式。“梯次利用”與“梯度利用、階梯利用、降級使用”在概念上是基本一致的，但不能視為翻新使用。

梯次利用的核心是要對原生產(chǎn)品進(jìn)行一系列復(fù)雜的檢測和分析，科學(xué)的判斷其生命周期價值以及可再使用性，從而設(shè)計出符合該產(chǎn)品的梯次等級和應(yīng)用領(lǐng)域。

梯次利用的最大社會意義是使產(chǎn)品得到了最大限度的使用，其設(shè)計周期得到了延長，為社會創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價值的同時，也為社會減少了垃圾排放。是現(xiàn)代社會應(yīng)大力推行的一種循環(huán)性、低碳型生出現(xiàn)活方式。梯次利用雖然有著遙遠(yuǎn)的發(fā)展背景，但卻是一個新興事物，因為要實現(xiàn)梯次利用必須依靠科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步來完成。

鋰動力鋰電池的性能隨著使用次數(shù)的新增而衰減，當(dāng)鋰動力鋰電池性能下降到原性能的80%時，將不能達(dá)到電動汽車的使用標(biāo)準(zhǔn)，但仍可用在對鋰動力鋰電池性能要求低的場合，即進(jìn)入梯次利用階段，如儲能系統(tǒng)、低速電動交通工具等。當(dāng)鋰動力鋰電池性能進(jìn)一步降低到不適合梯次利用后，再進(jìn)入回收拆解再利用的階段。目前在梯次利用技術(shù)方面，國內(nèi)的科學(xué)院所和公司正在開展研究，包括淘汰產(chǎn)品生命周期診斷、可再循環(huán)性梯次設(shè)計、物理指標(biāo)檢測、綜合性能測試等。

鋰動力鋰電池梯次利用一直被認(rèn)為是新能源汽車鋰動力鋰電池退役后的重要去處，但是，也有人從安全性和經(jīng)濟(jì)性層面考慮，認(rèn)為鋰動力鋰電池梯次利用就是一個“偽命題”。但是，隨著我國鋰動力鋰電池退役潮的臨近，以及相關(guān)規(guī)范的持續(xù)公布，鋰動力鋰電池的梯次利用將在退役鋰動力鋰電池規(guī)劃和政策方面取得更多支撐，梯次利用勢在必行。

鋰動力鋰電池梯次利用的意義在于從鋰動力鋰電池原材料→鋰動力鋰電池→鋰動力鋰電池系統(tǒng)→汽車應(yīng)用→二次利用→資源回收→鋰動力鋰電池原材料的鋰動力鋰電池全生命周期使用角度考慮，可以降低鋰動力鋰電池成本，防止環(huán)境污染。

從環(huán)保角度來看，退役鋰動力鋰電池含大量重金屬和有機(jī)物、電解質(zhì)及其轉(zhuǎn)化物出現(xiàn)的有毒氣體，這些都會嚴(yán)重威脅環(huán)境和人類的健康，給社會生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。所以搞好鋰動力鋰電池回收及梯次利用工作，也是一項重大的生態(tài)建設(shè)任務(wù)。

梯次利用不僅能從商業(yè)模式上進(jìn)一步降低鋰動力鋰電池成本，同時也降低儲能鋰動力鋰電池的成本，也能推動更多的儲能應(yīng)用場景和市場。不同儲能場景對鋰動力鋰電池要求不相同，所以退役鋰動力鋰電池梯次利用適用的場景和商業(yè)模式是下一個要摸索的難題，國外梯次利用的創(chuàng)新嘗試對剛剛起步的國內(nèi)市場有很大借鑒意義。

鋰動力鋰電池梯次利用的發(fā)展趨勢是不言而喻的，國家政策、標(biāo)準(zhǔn)也相繼配套出臺，責(zé)任也很清晰。但是，梯次利用節(jié)奏動作緩慢，其問題是利益不夠吸引、體系沒有建立起來，產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈條還沒有形成。梯次利用將鋰動力鋰電池的使用價值最大化，可以延長鋰動力鋰電池使用壽命，降低鋰動力鋰電池全壽命周期成本。

2.鋰動力鋰電池組梯次利用的要求

目前，磷酸鐵鋰動力鋰電池?zé)o論在性能和成本方面改善的空間有限，所以磷酸鐵鋰動力鋰電池會更適合并先于三元鋰動力鋰電池在儲能行業(yè)的梯次利用。在《車用鋰動力鋰電池回收利用余能檢測》中，規(guī)定退役鋰動力鋰電池的作業(yè)程序應(yīng)具備嚴(yán)格檢測流程和高安全性的要求來進(jìn)行。檢測流程是進(jìn)行鋰動力鋰電池余能檢測的最重要過程，包括外觀檢查、極性檢測、電壓判別、充放電電流判別、余能測試等步驟。車用鋰動力鋰電池的余能檢測應(yīng)按圖1所示的作業(yè)流程進(jìn)行。

圖1中：Ya為鋰動力鋰電池滿足公司技術(shù)規(guī)定條件中的外觀條件；Na為鋰動力鋰電池不滿足公司技術(shù)規(guī)定條件中的外觀條件；Yb為鋰動力鋰電池滿足公司技術(shù)規(guī)定條件中的電壓限值條件；Nb為鋰動力鋰電池不滿足公司技術(shù)規(guī)定條件中的電壓限值條件。

鋰動力鋰電池的質(zhì)量是梯次利用的前提，要求鋰動力鋰電池成組后的外形、安裝、動力接口、信號接口以及各種協(xié)議、電壓等級等都必須統(tǒng)一起來。對梯次利用的鋰動力鋰電池組要求如下：

1）梯次利用鋰動力鋰電池組表面應(yīng)清潔，無明顯變形，無機(jī)械損傷，接口觸點無銹蝕。

2）梯次利用鋰動力鋰電池組表面應(yīng)有必需的產(chǎn)品標(biāo)識，且標(biāo)識清楚。

3）梯次利用鋰動力鋰電池組的正、負(fù)極端子及極性應(yīng)有明顯標(biāo)記，并保證正、負(fù)極之間留有足夠的操作安全間距。

4）接線方式應(yīng)為前出線方式，接線柱或端子的載流量應(yīng)滿足6組同規(guī)格電池的并聯(lián)要求，便于連接和緊固。

5）梯次利用鋰動力鋰電池組的電源接口、通訊（或告警）接口應(yīng)有明確標(biāo)識，且同一功能接口類型應(yīng)統(tǒng)一一致。

6）梯次利用的鋰動力鋰電池組內(nèi)的所有鋰動力鋰電池應(yīng)由同一廠家生產(chǎn)的化學(xué)成分相同、類型相同、結(jié)構(gòu)相同、規(guī)格尺寸相同的電芯單體組成產(chǎn)品；

7）所使用的梯次利用磷酸鐵鋰動力鋰電池的電芯單只容量需達(dá)到電池初始標(biāo)稱容量的70%以上，所使用的梯次利用鈦酸鋰動力鋰電池的電芯單只容量需達(dá)到電池初始標(biāo)稱容量的75%以上；

8）磷酸鐵鋰動力鋰電池組應(yīng)采用16只3.2V電池單體串聯(lián)的方式組成，鈦酸鋰動力鋰電池組應(yīng)采用22只不低于2.3V電池單體串聯(lián)的方式組成。

9）磷酸鐵鋰動力鋰電池組標(biāo)稱電壓為51.2V，鈦酸鋰動力鋰電池組標(biāo)稱電壓為50.6V。

4.梯次利用鋰動力鋰電池組BMS的保護(hù)功能

在梯次利用鋰動力鋰電池的系統(tǒng)中，BMS的安全檢測及保護(hù)功能顯得尤為重要。梯次利用鋰動力鋰電池組的BMS應(yīng)具有的保護(hù)功能如下：

1）充電限流保護(hù)。充電電流范圍：≤3.3I3（10I10）（充電限流情況除外），充電電流默認(rèn)值為0.33I3（1.0I10）～0.67I3（2.0I10）；梯次利用鋰動力鋰電池應(yīng)具有自主限流充電功能，保證工作范圍內(nèi)的電壓輸入時，鋰動力鋰電池組能夠正常充電。

2）充電總電壓高保護(hù)。鋰動力鋰電池組充滿電后，逐步增大充電電壓，記錄電壓高告警電壓和保護(hù)動作電壓，當(dāng)總電壓下降到恢復(fù)點時恢復(fù)充電，記錄恢復(fù)充電電壓。充電總電壓高的告警值范圍是57.00V～57.60V，默認(rèn)值為57.00V；保護(hù)值范圍是57.00V～57.60V，默認(rèn)值為57.60V；恢復(fù)值范圍是52.00V～57.00V，默認(rèn)值為56.60V。

3）充電單體電壓高保護(hù)。鋰動力鋰電池組充滿電后，逐步增大充電電壓，記錄單體電壓高告警電壓和保護(hù)動作電壓，電壓下降到恢復(fù)點時恢復(fù)正常狀態(tài)。充電單體電壓高的告警值范圍是3.50V～4.50V，默認(rèn)值為3.60V；保護(hù)值范圍是3.50V～4.50V，默認(rèn)值為3.85V；恢復(fù)值范圍是3.00V～3.90V，默認(rèn)值為3.60V。

4）放電總電壓低保護(hù)。在開放環(huán)境下對鋰動力鋰電池組進(jìn)行放電，使其進(jìn)入放電截止?fàn)顟B(tài)，BMS應(yīng)切斷放電電路并告警。連接外部電源對鋰動力鋰電池組進(jìn)行充電，使其電壓升高到恢復(fù)門限，BMS應(yīng)能自動消除告警，并自行恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。放電總電壓低的告警值范圍是36.00V～50.00V，默認(rèn)值為43.20V。

5）放電單體電壓低保護(hù)。鋰動力鋰電池組充滿電后，以2.0I10A電流放電，記錄單體電壓低告警電壓和保護(hù)動作電壓，放電后充電到電壓設(shè)定值恢復(fù)工作狀態(tài)。放電單體電壓低保護(hù)的告警值范圍應(yīng)為2.00V～2.90V，默認(rèn)值應(yīng)為2.50V；保護(hù)值的范圍應(yīng)為2.00V～2.90V，默認(rèn)值應(yīng)為2.00V；恢復(fù)值的范圍應(yīng)為2.00V～3.60V，默認(rèn)值應(yīng)為2.90V。

6）放電過流保護(hù)。延時保護(hù)設(shè)置范圍應(yīng)為5I10～11I10（可調(diào)），延時時間應(yīng)在0s～60s（可調(diào)），瞬時保護(hù)設(shè)置范圍為10I10～30I10（可調(diào)），且瞬時保護(hù)值應(yīng)大于延時保護(hù)值；進(jìn)入保護(hù)后2分鐘（可調(diào)）后，BMS應(yīng)自動重啟正常輸出功能，持續(xù)3次過流保護(hù)動作后，BMS不再自動重啟正常輸出功能，而應(yīng)能通過人工重啟正常輸出功能。

7）鋰動力鋰電池低溫、高溫保護(hù)。正常工作溫度范圍：磷酸鐵鋰動力鋰電池-5℃～45℃，鈦酸鋰動力鋰電池-30℃～55℃。當(dāng)鋰動力鋰電池組用于-5℃及以下的場景時，應(yīng)配置直流電加熱裝置（電加熱功率不小于100W）。鋰動力鋰電池組應(yīng)有專門的散熱設(shè)計，以保證加熱均勻使得設(shè)備正常工作。

8）BMS電路板充放電溫升保護(hù)。在BMS安裝在鋰動力鋰電池模塊箱體內(nèi)，具有持續(xù)記憶功能的點溫計探頭貼在BMS電路板上放電MOSFET外側(cè)表面。在鋰動力鋰電池組完全充滿電后，將鋰動力鋰電池組放置在高低溫箱內(nèi)。將高低溫箱內(nèi)溫度設(shè)置為25℃±2℃，靜置4h，記錄放電MOSFET溫度為T1。再以10I10（A）的電流放電，記錄放電MOSFET溫度。當(dāng)電池組電壓降至43.2V時，記錄的放電MOSFET最高溫度為T2。計算其溫升值△T放=T2－T1。