電動汽車電池回收與再利用實現環境可持續發展

隨著電動汽車市場的快速發展，年限之后效率不佳的汽車電池將會成為環境的一大負擔，電池回收與再利用則將成為降低電動汽車成本，實現環境可持續發展的重要關鍵。本文將為您介紹電動汽車電池回收與再利用的重要議題，以及由ADI推出的無線電池管理系統 (wBMS) 技術與相關解決方案。

電池回收是電動汽車發展的重要關鍵

由于電動汽車（EV）沒有內燃機，導致您可能聽不到它們行駛的聲音，但越來越多的電動汽車正在悄無聲息地成為道路上的主力軍。事實上，根據世界經濟論壇的數據，2020年售出的電動汽車達230萬輛，比五年前的電動汽車銷量增長了4倍。消費者需求、電動汽車電池充電基礎設施的發展、以及城市和國家制定各種有利于電氣化的法規，共同推動實現了這一巨大轉變。雖然電動汽車被吹捧為內燃機和化石燃料的綠色替代品，但它有一個致命弱點，便是當所有這些半噸重的電動汽車電池無法再儲存驅動汽車所需的足夠電能時，該如何處理？

如今已經有約1000萬輛電動汽車在路上行駛。到2025年，估計每年便將售出1000萬輛電動汽車。有鑒于電動汽車電池的平均有效壽命約為10年，到2035年，每年廢棄的電動汽車電池總量將是吉薩大金字塔質量（580萬噸）的1.3-1.5倍。

因此，將電動汽車電池回收會是非常普遍的選擇，但這個過程只能回收部分原材料（例如鈷和鋰），而不是回收全部。然而，電動汽車電池回收成本高昂，缺少監管，并且缺乏明確的供應鏈，導致處理廢棄電池的成本不斷增長。

電池仍然是電動汽車成本效率的主要關注點，因為電池是電動汽車的核心，約占電動汽車總成本的30%。但電池技術即將實現顯著改進，通過電池化學和電子技術的重大進步可降低成本，實現高效的電池再利用、梯次利用，并促進電動汽車電池回收，為推動電動汽車的普及提供成本優勢。

想要提升汽車電池回收的效率，便必須在電池的首次使用和任何后續生命周期中進行有效的電池健康監測，這將有助于在電池買賣雙方之間建立信任。基于這種信任，OEM可將電池作為資產來補償一些初始電池投資，并將其節省的價值間接轉移給消費者。

無線電池管理系統可提升電池的梯次利用效率

電池再利用就是識別電池組中仍保留可用電量的電池單元，拆卸電池組并將這些可用的電池單元重新組裝的過程。這種替代回收的方法（或更準確的說，這種過渡方法）正在以“電池梯次利用”的形式興起。當汽車鋰離子電池的充電容量下降到原始容量的70%到80%時（通常在8到10年后），便無法再為汽車有效供電，因此就需要更換。這些不再使用的電池數量不斷增加，由此帶來新的市場契機 —“電池梯次利用市場”。

未來五年內，上路行駛的電動汽車數量將會是現在的5倍。再利用和回收電動汽車的電池資產有助于發展循環經濟，為消費者節省能源并創造價值。由于電池組成本占電動汽車價格的30%以上，因此，明顯的經濟和環境激勵因素可促使電池制造商、汽車制造商、監管機構甚至保險公司，都積極培育梯次利用市場。

最直接的再利用途徑就是儲能系統（ESS）應用，使舊電池組中仍可使用的電池單元能夠在可再生能源電網中得到重新利用，以存儲由風能、太陽能、水力發電或地熱發電廠產生的多余電力。電動汽車電池還可以拆卸成更小的電池模塊用于要求不高的用途，例如電動工具、叉車或電動踏板車。

新興的梯次電池市場在技術、質控和實現方面并非毫無障礙。例如，當今的電動汽車電池使用電氣線束來監測電池的充電狀態。在重新部署電池之前必須全部拆除這些線束（以及其他線束），這樣就會增加成本和設計復雜性。產品設計中考慮報廢拆卸將成為一種發展趨勢，其中設計人員可使用wBMS技術來取代硬連線電池監測系統（BMS）。wBMS中省去線束將帶來了大量機遇，wBMS不僅可減小電動汽車的尺寸、重量和材料成本，還可以針對電池組實現更安全、更具可擴展性的機器人拆卸和組裝過程，從而提高電池過渡到梯次利用的效率。

電池梯次利用可延長

電動汽車電池的壽命

對于電動汽車來說，核心要素當然是電池。要最大限度地提高電池的可靠性和使用壽命，促進電動汽車的普及，BMS非常關鍵。BMS的精度越高，就越有利于了解電池單元的狀況，從中獲取的容量就越多，電池組的運行也就越可靠。

據估計，電池梯次利用可使電池的使用壽命延長6至30年。但此期限最終取決于電池在首次應用期間的使用狀況。那么，如果wBMS技術能夠在電池的整個生命周期內無接觸采集電池數據，則它還具有其他重要優勢。這些重要數據可以整合到云中，并關聯到電池的安全特性。

在確定讓電池進入梯次利用之前，賣家可以使用這些數據生成健康狀況歷史記錄，像是電動汽車車主對電池進行過多少次完全／部分充電和放電？該電動汽車是否曾發生過事故？從車輛的維修記錄能夠看出什么？此外，這種精細的健康狀況監測也可以應用于邏輯上無法收集數據的地方，包括新電池或梯次利用電池是否正確存放在倉庫中？在運輸過程中是否發生過什么情況？

在使用和再利用之后，所有電池最終都會被分解和回收。wBMS技術可以無接觸地大批量表征庫存信息，有助于快速制定再利用或回收決策。一旦決定了再利用還是回收，買賣雙方可通過運用健康狀況數據（通過wBMS等技術實現）建立規范化的信任基礎，并在達成銷售價格之前公平地評估電池的價值。該行業甚至可制定一種評級標準，將使用較少的AAA級電池與維護不善的電池區分開來。

電動汽車電池重生實現環境

可持續發展目標

電動汽車領域的發展突飛猛進，而在促進環保交通方面，電池將發揮關鍵的作用。雖然電池梯次利用是回收前的高價值中間步驟，但其成功與否取決于電池初始和后續應用中的整體使用狀況。在進行電池和BMS設計時必須考慮到電池的整體使用壽命。這可能需要電池供應商和汽車制造商轉變思維方式，但從長遠來看，他們可以為創建具有環保可持續性和經濟可行性的新市場渠道發揮重要的作用。

除此之外，汽車行業正在制定許多與環境和社會相關的舉措，這些舉措在現在和將來都會產生效益。其中包括去掉電池化學成分中的鈷（因采礦方式存在爭議），并減少鋁、塑料等汽車材料生產的排放，所有這些都是為了實現零碳汽車。

ADI也在積極致力于實現環境可持續發展目標，包括在2050年或之前實現凈零排放，在2030年之前實現碳中和，在2030年之前將CO2和CO2e排放量、所有設施的用水量減少一半等等。

因此，在不久的將來，我們都會因駕駛著環保的電動汽車而感覺良好，更令人欣慰的是，其中的電動汽車電池還會在梯次應用中重生，在未來的汽車、儲能系統或其他應用中繼續發揮它的作用。

專為滿足電池管理需求的

無線電池管理系統

ADI的wBMS是一種專用解決方案，專為滿足汽車電池管理系統的高可靠性和低延遲要求而量身定制。wBMS網絡可為監控電池單元和控制電動汽車或其他大型儲能系統中的平衡電流提供了強大的連接性。

wBMS由ADI開發的軟件組成，該軟件駐留在專門開發的片上系統上。這種低功耗集成片上系統包括一個2.4 GHz ISM頻段無線電和一個嵌入式微控制器（MCU）子系統。這些器件可提供電池單元監控芯片和電池管理系統控制器（BMS控制器）之間的無線通信。

ADI推出的wBMS器件包括有低功耗、2.4 GHz的無線片上系統ADRF8801與ADRF8851，以及低功耗2.4 GHz wBMS節點ADRF8800與2.4 GHz低功耗wBMS管理器ADRF8850等器件，將可滿足電動汽車在電池管理上的各種需求。ADI的wBMS器件將可降低材料成本，增加設計靈活性，能夠有效推動電動汽車的大規模量產，使其比傳統的內燃機車輛更具競爭力，為實現可再生能源未來提供了關鍵助力。

結語

電動汽車雖然強調比燃油車更低碳排、更環保，但若不能解決電池再利用與回收問題，將不能達成真正的環境可持續發展的目標。通過wBMS技術，將可提升電池的再利用與回收效率，并可間接地降低電動汽車的成本，將會是電動汽車發展的重要關鍵，ADI的wBMS解決方案則將在電池梯次利用上扮演著重要角色。

審核編輯 ：李倩