什么是全生命周期的环境效益评估？动力电池的第二次生命将应用于哪些场景？为加强新能源汽车动力蓄电池回收利用管理，今年年初国家7部门就曾印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》与《关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》，全面启动废旧动力蓄电池市场化回收利用。

根据研究机构Circular Energy Storage最近的一份报告，2018年全球二手锂电池市场规模预计将达到13亿美元。其中分析师指出，通过材料回收可以产生11亿美元的产值，而剩余的2.3亿美元将产生于维修，翻新等行业。未来3年，电池回收市场预计将增长至35亿美元，而到2025年，这个规模可能会达到42亿美元。

另外，报告还指出，随着我国电动汽车销量的增长，未来70%的锂电池的二次利用市场将集中在中国。除此之外，韩国将会成为市场的第二大贡献者，约占16%的份额。到2025年，能源存储系统中的二次电池应用可以达到42吉瓦时的容量 - 其中80%在中国 - 这个数字将达到中国预测安装电池存储容量的一半。

随着我国新能源汽车产量不断扩大，动力蓄电池的回收利用问题逐步凸显。据估算，到2020年后动力蓄电池将逐步进入规模化退役期。动力蓄电池退役后，如处置不当，随意丢弃，一方面会给社会带来环境影响和安全隐患，另一方面也会造成资源浪费。

为什么要回收废旧动力电池？

从电动汽车上正常老化的动力电池，可以继续应用在其他不同领域中。例如，二次电池（Battery 2nd Life，B2L）可以与光伏发电相结合，实现在模块级别上更高的发电使用效率；二次电池重新组装成的储能站也可以在更高级别上为工业用户实现用电的削峰填谷，以降低其用电成本；而将规模扩大到MW级别之后，废旧动力电池也可以参与电网的调峰调频，或者参与风电场的发电稳定。因此，二次电池的寿命可以和其动力电池的寿命一样长。另一方面，二次电池的利用也是环境效益与经济效应的一场博弈。对于不同的二次动力电池，因其参数之间的差异，在其梯级利用的时候也面临相应的挑战。

全生命周期的环境效益评估

在生命周期评估中（Life Cycle Assessment = LCA），可以将动力电池分为三个阶段：生产阶段，使用阶段和废弃或再回收利用阶段。评估三个阶段对环境所带来的冲击，其中包括能源使用，资源耗用与污染排放等。在动力电池的生产过程中，存在着大量的高碳排放的步骤；同时，动力电池在使用的过程中，由于能源是从化石燃料-动力的直接转化变为化石燃料（集中发电，目前大部分发电仍然依靠传统能源）-电力-动力的转变，其碳排放相较于汽油或柴油车不降反升。只是从原有的车辆尾气排放集中到发电侧。所以，在回收利用阶段，可以让动力电池参与电力的储存与调节，从而提高能源使用效率，进一步降低全生命周期的平均碳排放量，达到保护环境的目的。总体而言，动力电池的回收利用，可以帮助其在环境效益上得到更优解。

为了实现动力电池的回收，将引入3R赋予电池二次生命，即Reuse，Refabricate和Recycling。

Reuse：通过直接使用动力电池组进行电网储能

Refabricate：通过拆解动力电池组，重新组装电池单元成为新的储能装置

Recycling：通过分解回收动力电池组内的化学元素

应用场景

在动力电池回收利用的应用场景中，本文将从三个不同规模的应用场景进行简单的阐述。

小型规模场景：家庭光伏设备

如果将电动汽车的高压储能模块（Vehiclehigh-voltage storage，VHS）进行拆解，可以将该模块应用在家庭光伏的电力储存系统上。并且这套系统的电压范围通常在60伏DC内，作为安全超低电压（Safety ExtraLow Voltage,SELV）。在该电压范围内，不需要进行特殊的防误触保护，适合在家庭环境下使用。

家庭用光伏+储能系统

自2013年以来，德国的光伏发电在绝大多数情况下比一般电网平价便宜。随着电池储能系统的并入，光伏发电的利用率将会极大提高，并通过降低电池成本，实现光伏系统的更高经济效率。另一方面，电动汽车不断增长的市场正在增加对电力的需求以及未来二手车电池的回收，对于这样小型的固定场景应用，具有广泛的发展空间。

中型规模场景：调峰和光伏电站商业化

在100kW的功率范围内，整个光伏电站系统将包含多个VHS系统。系统的总体电压也将保持在800伏DC的范围，由多个VHS系统串联组成。下图的应用中是一个具有4个VHS的系统，上下两个部分的VHS系统相互连接，可以根据逆变器按功率和能量进行缩放和调节。除了大型商用光伏系统外，这样的系统还可以应用于调峰，负载均衡等，以避开电力需求高峰。这些电池组还可以用于电动汽车快速充电桩内，提供稳定的供能。

4单元VHS系统示例

大型规模场景：兆瓦级别调峰调频

在电力市场中，参与调峰调频往往要求最低功率必须达到1MW。多级的VHS架构串并联，可以实现参与电网的调峰调频，并且从中获利。但其缺点往往是因为储能密度较低，需要的场地较大。除了用于调峰调频，该级别的储能系统也能用作风电场的电能储存，并且参与并网。

电池与HVS的各个模块的组合

下图可以很好的表示不同的动力电池的二次应用场景：

随着我国新能源汽车产量不断扩大，第一代电动汽车电池逐渐走向了生命的尾声，不少电动车主的动力电池已经面临更换或者已经更换。下面我们将介绍动力电池梯次利用的成功案例。

莱比锡“电池农场"

宝马作为豪华车的领先品牌之一，在电动车领域于德国车企中走在了前列。无论是小型车I3, 还是豪华跑车I8，都在德国街头频频出现。除了新车领域，在废旧电池领域宝马也率先做出了探索。2017年金秋时节，在宝马莱比锡工厂第十万辆BMW i3下线的仪式上，宝马的“电池农场”也正式并网运行。刚投入运行期间，700辆i3的旧电池将成为高压储能系统的重要组成部分，赋予了电池“第二次生命”。

据宝马方面表示，第一代宝马i3电池已经使用了超过4年，总计行驶里程数超过10,0000公里。除了已经使用的700余电池单元外，还有很多潜在的可利用资源。该储能电站的设计也最大限度遵循模块化的原则，保证更多电池接入时的可扩张性和电池更新、替换时的兼容性。宝马工厂附近的风电场与这个“电池农场”形成配套，从而增加可再生能源在工厂内的消纳能力，保障宝马工厂的能源自给率。此外该储能系统还直接并入电网，参与一次调频市场。在一次调频市场中，为克服旧电池对电网状态不利影响，储能系统中的新电池部分将起到更大的作用。

与宝马类似，其竞争对手奔驰公司也于2018年上马了新的动力电池储能电站。除了老旧电池的再利用外，电站还使用新生产出来的库存电池单元，在系统中适度充放电，以维持电池良好的工作状态，避免深度放电对新电池造成损害。

日产Reborn Light 电灯

除了在电网侧德国企业将储能电池二次利用外，另一汽车生产大国日本的电动车领跑者日产-雷诺集团在用户侧也另辟蹊径，推出了基于电池梯次利用的Reborn Light街灯。电动汽车的退役电池，将直接与路边电灯的光伏板相连，组成微型的储能系统，能在孤网的环境下正常工作，对于福岛灾后重建的地区来说有着很强的现实意义。日产与日本4R Energy公司正在利用这个技术，给基础设施受到严重破坏的双叶浪江町重新带来光明。此外，由于日本处于地震多发带，电网不稳定的情况时有发生，Reborn Light的储能电源也能参与应急供电的场合。

电池梯级利用的设计要素

电池在它第一个生命周期中，基本上处于每天1-2小时使用时间，深度充放电，并且可能面对环境温度的巨大变化。而储能电池（电池的静态使用）与电动汽车的使用场景有着显著的不同：储能电站是每年24h*365天不间断并网运行，充放电电流较小，工作温度能够稳定在20-25℃。这样的工作条件保障了电池在梯次利用的时候，能够达到较理想的生命周期。

1.配套电力设备

由于储能电站使用中，电池的充放电电流较小，相应的保护设备需要重新选型，但这样较车载电池参数指标相较更低，也能够降低系统成本。

2.电池包装与支架

车载电池都是模块化设计和使用的，相对应的储能电站的电池也应该设计模块化的支架单元，方便布置和更换。此外，储能系统EMS系统的接口，也应模块化设计。

3.热管理

电池工作中产生的热量，需要通过模块化的通风系统及时疏散。在支架间形成良好的空气流动，如图所示。

电池利用的前景与展望

目前电池的梯次利用还是一个全新的课题，商业应用的项目凤毛麟角，大部分都还是实验或者示范项目阶段。随着第一批电动汽车动力电池的退役潮，以及新能源汽车的进一步普及，回收不满足车载性能要求的动力电池，将成为车企的社会责任。传统的拆解回收技术产生的负面环境影响，将促使企业在电池回收利用场景上创新，以适应电动汽车时代的到来。