1.鋰動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的意義

梯次利用的含義是指某一個(gè)已經(jīng)使用過的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到原生設(shè)計(jì)壽命，再通過其他辦法使其功能全部或部分恢復(fù)的持續(xù)使用過程，該過程屬于基本同級或降級使用的方式。“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加工品進(jìn)行一系列復(fù)雜的測試和分解，科學(xué)的判斷其生命周期價(jià)值以及可再使用性，從而設(shè)計(jì)出符合該產(chǎn)品的梯次等級和使用范疇。

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(jì)周期得到了延長，為社會創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，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(gè)新興事物，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)梯次利用非得依賴科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步來完成。

鋰動(dòng)力鋰離子電池的性能隨著使用次數(shù)的新增而衰減，當(dāng)鋰動(dòng)力鋰離子電池性能下降到原性能的80%時(shí)，將不能達(dá)到電動(dòng)汽車的使用標(biāo)準(zhǔn)，但仍可用在對鋰動(dòng)力鋰離子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(dòng)交通工具等。當(dāng)鋰動(dòng)力鋰離子電池性能進(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(jì)、物理指標(biāo)測試、綜合性能探測等。

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

鋰動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的意義在于從鋰動(dòng)力鋰離子電池原材料→鋰動(dòng)力鋰離子電池→鋰動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)→汽車使用→二次利用→資源回收→鋰動(dòng)力鋰離子電池原材料的鋰動(dòng)力鋰離子電池全生命周期使用角度考慮，可以降低鋰動(dòng)力鋰離子電池成本，戒備環(huán)境污染。

從環(huán)保角度來看，退役鋰動(dòng)力鋰離子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(dòng)力鋰離子電池回收及梯次利用工作，也是一項(xiàng)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(dòng)力鋰離子電池成本，同時(shí)也降低儲能鋰動(dòng)力鋰離子電池的成本，也能推動(dòng)更多的儲能使用場景和市場。不同儲能場景對鋰動(dòng)力鋰離子電池要求不相同，所以退役鋰動(dòng)力鋰離子電池梯次利用適用的場景和商業(yè)模式是下一個(gè)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(dòng)力鋰離子電池梯次利用的發(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(dòng)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(jià)值鏈條還沒有形成。梯次利用將鋰動(dòng)力鋰離子電池的使用價(jià)值最大化，可以延長鋰動(dòng)力鋰離子電池使用壽命，降低鋰動(dòng)力鋰離子電池全壽命周期成本。

2.鋰動(dòng)力鋰離子電池包梯次利用的要求

目前，磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池?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(dòng)力鋰離子電池會更適合并先于三元鋰動(dòng)力鋰離子電池在儲能行業(yè)的梯次利用。在《車用鋰動(dòng)力鋰離子電池回收利用余能測試》中，規(guī)定退役鋰動(dòng)力鋰離子電池的作業(yè)程序應(yīng)具備嚴(yán)格測試流程和高安全性的要求來進(jìn)行。測試流程是進(jìn)行鋰動(dòng)力鋰離子電池余能測試的最緊要過程，包括外觀檢查、極性測試、電壓判別、充放電電流判別、余能探測等步驟。車用鋰動(dòng)力鋰離子電池的余能測試應(yīng)按圖1所示的作業(yè)流程進(jìn)行。

圖1中：Ya為鋰動(dòng)力鋰離子電池滿足公司技術(shù)規(guī)定條件中的外觀條件；Na為鋰動(dòng)力鋰離子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(dòng)力鋰離子電池滿足公司技術(shù)規(guī)定條件中的電壓限值條件；Nb為鋰動(dòng)力鋰離子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(dòng)力鋰離子電池的質(zhì)量是梯次利用的前提，要求鋰動(dòng)力鋰離子電池成組后的外形、安裝、動(dòng)力接口、信號接口以及各種協(xié)議、電壓等級等都非得統(tǒng)一起來。對梯次利用的鋰動(dòng)力鋰離子電池包要求如下：

1）梯次利用鋰動(dòng)力鋰離子電池包表面應(yīng)清潔，無分明變形，無機(jī)械損傷，接口觸點(diǎn)無銹蝕。

2）梯次利用鋰動(dòng)力鋰離子電池包表面應(yīng)有必需的產(chǎn)品標(biāo)識，且標(biāo)識清楚。

3）梯次利用鋰動(dòng)力鋰離子電池包的正、負(fù)極端子及極性應(yīng)有分明標(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(dòng)力鋰離子電池包的電源接口、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(dòng)力鋰離子電池包內(nèi)的所有鋰動(dòng)力鋰離子電池應(yīng)由同一廠家加工的化學(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(dòng)力鋰離子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(dòng)力鋰離子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(dòng)力鋰離子電池包應(yīng)采用16只3.2V電池單體串聯(lián)的方式組成，鈦酸鋰動(dòng)力鋰離子電池包應(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(dòng)力鋰離子電池包標(biāo)稱電壓為51.2V，鈦酸鋰動(dòng)力鋰離子電池包標(biāo)稱電壓為50.6V。

4.梯次利用鋰動(dòng)力鋰離子電池包bMS的保護(hù)功能

在梯次利用鋰動(dòng)力鋰離子電池的系統(tǒng)中，bMS的安全測試及保護(hù)功能顯得尤為緊要。梯次利用鋰動(dòng)力鋰離子電池包的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(dòng)力鋰離子電池應(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(shí)，鋰動(dòng)力鋰離子電池包能夠正常充電。

2）充電總電壓高保護(hù)。鋰動(dòng)力鋰離子電池包洋溢電后，逐步增大充電電壓，記錄電壓高告警電壓和保護(hù)動(dòng)作電壓，當(dāng)總電壓下降到恢復(fù)點(diǎn)時(shí)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(dòng)力鋰離子電池包洋溢電后，逐步增大充電電壓，記錄單體電壓高告警電壓和保護(hù)動(dòng)作電壓，電壓下降到恢復(fù)點(diǎn)時(shí)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(dòng)力鋰離子電池包進(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(dòng)力鋰離子電池包進(jìn)行充電，使其電壓升高到恢復(fù)門限，bMS應(yīng)能自動(dòng)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(dòng)力鋰離子電池包洋溢電后，以2.0I10A電流放電，記錄單體電壓低告警電壓和保護(hù)動(dòng)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(shí)保護(hù)設(shè)置范圍應(yīng)為5I10～11I10（可調(diào)），延時(shí)時(shí)間應(yīng)在0s～60s（可調(diào)），瞬時(shí)保護(hù)設(shè)置范圍為10I10～30I10（可調(diào)），且瞬時(shí)保護(hù)值應(yīng)大于延時(shí)保護(hù)值；進(jìn)入保護(hù)后2分鐘（可調(diào)）后，bMS應(yīng)自動(dòng)重啟正常輸出功能，繼續(xù)3次過流保護(hù)動(dòng)作后，bMS不再自動(dòng)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(dòng)力鋰離子電池低溫、高溫保護(hù)。正常工作溫度范圍：磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池-5℃～45℃，鈦酸鋰動(dòng)力鋰離子電池-30℃～55℃。當(dāng)鋰動(dòng)力鋰離子電池包用于-5℃及以下的場景時(shí)，應(yīng)配置直流電加熱裝置（電加熱功率不小于100W）。鋰動(dòng)力鋰離子電池包應(yīng)有專門的散熱設(shè)計(jì)，以保證加熱平均使得設(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(dòng)力鋰離子電池模塊箱體內(nèi)，具有繼續(xù)記憶功能的點(diǎn)溫計(jì)探頭貼在bMS電路板上放電MOSFET外側(cè)表面。在鋰動(dòng)力鋰離子電池包完全洋溢電后，將鋰動(dòng)力鋰離子電池包放置在高低溫箱內(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)電池包電壓降至43.2V時(shí)，記錄的放電MOSFET最高溫度為T2。計(jì)算其溫升值△T放=T2－T1。