日產Leaf電池回收再利用模式

引言：動力電池回收再利用，是目前的主要課題之一；按照目前的質保要求，一般電池衰減到80%之後，就會不再車上使用，但是依然可以繼續再其他領域應用；近日，日產推出了一項電池回收再利用的新模式，以提高其旗下Leaf的二手車價值

日前，日產汽車和住友商事的合資公司4R Energy公司在2018年3月26日宣布，將開始回收電動車廢舊電池，並篩選狀態良好的電池面向EV再次銷售。銷售價格與新品電池相比，將便宜一半以上，例如Leaf 24kwh電池容量的場合，新品是65萬日元，而再次銷售品價格是30萬日元（不含稅）。該公司計劃從18年5月份開始銷售，此外消費者還需承擔4萬日幣左右的電池置換成本（總成本34萬日幣,摺合人民幣約2萬元出頭）。

圖1：回收Leaf車型電池

日產汽車公司副總裁坂本秀行先生接受記者採訪表示，4R能源公司的電池回收再利用與銷售事業將有助於提高EV二手車的再銷售價格，「二手電筒池工廠」是一種廉價更換電池的機制。EV二手汽車價格便宜的原因主要是因為電池老化衰減而造成續航里程下降。如果可以廉價購買合格的二手電筒池，將更容易消除消費者購買電動車的擔憂。據說回收再利用的二手電筒池的續航里程可以達到新品的90%左右。

4R Energy公司成立於2010年9月。日產公司出資51%，住友商事出資49%。目前該合資公司的投資額已超過15億日元，其中投入5億日元在日本福島縣的浪江町建了電池回收再利用的工廠，現在距第一代Leaf車型銷售已經過去了7年時間，電池回收量將逐漸增多。預計2018年將可回收數百台汽車，至2020年可以增加到1萬台左右的規模。

圖2：4R公司的電池循環回收理念

造成續航里程降低的原因，僅僅是一小部分電池

日產2010年銷售的Leaf EV的二手車價格目前持續走低。看日本的二手車銷售網站，2010款Leaf價格已經到了35萬日元左右，差不多是當時車輛價格的1/10以下。

二手車價格，實質上會對新車銷售價格造成影響。特別是美國，直接與新車的銷售補貼掛鉤。二手車價格提高的話，能夠減少銷售補貼，實際上是提高了新車銷售價格。因此合資公司目前的業務僅限日本國內，將來會考慮擴展到美國等海外市場。

此外可以通過再利用技術提高電池價值的原因是因為電池性能低下僅僅是由於部分電池造成。例如Leaf的電池Pack搭載了192個電池，經過7~8年使用後真正性能衰減無法使用的電池可能只有1~2個。由於日產的電池管理系統設置為了防止過充確保安全性，會根據電池容量最低的電芯決定整個Pack的充電量，所以通過再利用技術取出老化的電池，置換成新的電池，則可以增加整個Pack的充電量，恢復到與新品接近的續航水平。

圖3：出貨前的二手電筒池Pack

測量1台EV的電池僅需要4小時

4R能源公司開發的回收技術是通過快速測量回收電池的性能，然後根據性能將電池分類為3種。性能最高的1類電池繼續用於EV汽車，中等性能的第2類電池則用於低速電動汽車、而第3類差性能產品則將用於工廠等的固定備用電源等用途。

通過新技術測量1台EV的電池性能大概需要4小時，測量方法是將4個電芯組合成組，以模塊為單位進行測量。公司開發的測試設備1台同時可測量48個模組。

圖4：在48個模塊上連接電線

雖然沒有公布詳細的測量手段與方法，但我們可以認為主要是測量電池的容量和內部抵抗。容量是關係續航里程的直接指標，內部阻抗則可以大致判斷電池的劣化衰減程度。

在測量電池包的前一天需要將電池Pack放入恆溫室，使溫度放置成25度。之後，以模塊為單位連接電線，用充放電裝置輸出輸入電流，一邊檢查電壓等的變化，一邊測量電池容量和內部抵抗。

圖5：在充電設備旁邊確認電池性能的操作人員

而需要在前一天將電池Pack放入恆溫室主要是為了測量開放電壓（Open Circuit Voltage：OCV）。OCV是指將電池與電機等的負荷分離，電池內部的離子動作處於平衡狀態下進行的電池端子電壓測量。電池的性質與OCV以及容量相關。如果能測量出OCV，就可以知道電池容量。而電池內部要恢復到平衡狀態，則至少需要在恆溫室內放置1天左右。

在內部阻抗的測量上下功夫

而正確地測量內部抵抗方面則存在比較大的難度。內部阻抗主要有三大組成要素1）配線阻抗、2）反應阻抗、3）離子移動阻抗。其中1）配線阻抗的電阻值基本不太大，比較容易測量。而有難度的是後2者。2）反應阻抗是指電池的正極與負極的活性物質和電解液的表面電荷動作時的阻抗，3）離子移動阻抗是指譬如鋰離子電池中的活性物質鋰離子擴散時的阻抗。兩者最大的差異是響應時間，反應抵抗僅需數十ms，而離子移動抵抗則需要數百s的時間，差異巨大。

怎麼評估這3種內部抵抗呢？日產設計了內部抵抗的等價電路模型，以電壓和電流的輸出值為基礎計算。等效電路類似於通過表示電池的電容器、與電容器串聯的電阻、以及與該電阻和電容器並聯的並行迴路組成。但是，在等價電路模型的計算中，答案不是唯一的。感測器測量到端子間的電壓和電流值兩個值。如果是從兩個實測值到一般的等值電路模型，則必須要求兩個電阻和兩個電容器的合計4個值。因為無法直接解開方程式，所以下了很多工夫嘗試計算尋找確切的值。

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