号称更为环保的电动汽车必须仰赖庞大的电池来存储动力，但这些电池其实也有其需要注意的环保议题，如何利用更先进的电池管理监测技术，来提升这些电池的运作效率，并回收旧电池再利用，便成为电动汽车产业不可忽视的议题。本文将为您分享电动汽车电池所需面对的难题，以及由ADI推出的电池管理监测系统（BMS）的特性，将如何提升电动汽车电池的利用率。

电动汽车电池技术摆脱对钴的依赖

随着电动汽车（和电气化技术）越来越受消费者和生态系统参与者的欢迎，人们越来越关注整个价值链运营和流程中的道德与可持续性问题。从矿物开采实践到电池梯次利用，生态系统的参与者希望通过在整个电池生命周期中实施更多的道德标准，达到加倍关注可持续发展的目的。


如今，大多数锂离子电池都使用化学元素钴作为阴极材料（这部分将决定锂离子电池的储电量）的基础。与其他化学元素相比，钴阴极电池的续航时间更久，电荷测量和管理的难度更低。但是，钴的开采长期饱受争议。


由于全球大约70%的钴都是在刚果民主共和国（DRC）开采的，这个国家的钴开采还涉及使用童工、开采条件不安全、虐待矿工和其他违法问题。随着电气化生态系统要求兼顾社会可持续性和环境可持续性，大家对更低钴含量的电池化学材料（NMC和NCA）和不含钴的电池化学材料（例如磷酸铁锂(LFP)）的兴趣与日俱增。


LFP电池不仅经过生产验证，而且在行业中使用了10多年，是领先的原始设备制造商完全支持并且首选的技术。然而钴基化学材料的能量密度要高10%-20%，因此单次充电的续航时间更长。但是，这种高性能伴随着高风险——相比LFP，钴的燃点更低，电池起火的风险更高。此外，LFP电池的生产成本更低，在处理击穿或热失控等安全隐患方面效率更高，LFP的高功率特性也使其充电速度更快。


电动汽车制造商期望能在高价位、高性能（高端）车辆中使用现今的电池技术，在低端车辆中则使用LFP电池。这些低端车辆不使用钴，降低了成本，所以售价更低。虽然相比钴，LFP电池的成本更低，使用更安全，但其放电曲线更平坦，因此，将较难准确测量电池电量。


同时进行电动汽车电池回收与再利用

根据世界经济论坛的数据，2020年售出的电动汽车达230万辆，比五年前的电动汽车销量增长了4倍。消费者需求、电动汽车电池充电基础设施的发展、以及城市和国家制定各种有利于电气化的法规，共同推动实现了这一巨大转变。虽然电动汽车被吹捧为内燃机和化石燃料的绿色替代品，但它有一个致命弱点，便是当所有这些半吨重的电动汽车电池无法再储存驱动汽车所需的足够电能时，这些电池又该怎么处理呢？


如今，电动汽车电池回收是非常普遍的选择，但这个过程只能回收部分原材料（例如钴和锂），而不是回收全部。然而，电动汽车电池回收成本高昂，缺少监管，并且缺乏明确的供应链。


电池是电动汽车的核心，约占电动汽车总成本的30%，但电池技术即将实现显着改进，通过电池化学和电子技术的重大进步可降低成本，实现高效的电池再利用、梯次利用，并促进电动汽车电池回收，为推动电动汽车的普及提供成本优势。


在电池的首次使用和任何后续生命周期中进行有效的电池健康监测，这将有助于在电池买卖双方之间建立信任。基于这种信任，OEM可将电池作为资产来补偿一些初始电池投资，并将其节省的价值间接转移给消费者。


电池梯次利用使电池再获新生

如今已经有超过1000万辆电动汽车在路上行驶。到2025年，估计每年将售出1000万辆电动汽车。鉴于电动汽车电池的平均有效寿命约为10年，到2035年，每年废弃的电动汽车电池总量，将是吉萨大金字塔质量（580万吨）的1.3-1.5倍。


电池再利用就是识别电池组中仍保留可用电量的电池单元，拆卸电池组并将这些可用的电池单元重新组装的过程，这种替代回收的方法正在以“电池梯次利用”的形式兴起。当汽车锂离子电池的充电容量下降到原始容量的70%到80%时（通常在8到10年后），便无法再为汽车有效供电，就需要更换。这些不再使用的电池数量不断增加，由此带来新的市场契机——“电池梯次利用市场”。


由于电池组成本占电动汽车价格的30%以上，因此，明显的经济和环境激励因素可促使电池制造商、汽车制造商、监管机构甚至保险公司，都积极培育梯次利用市场，最直接的途径就是储能系统（ESS）应用，使旧电池组中仍可使用的电池单元能够在可再生能源电网中得到重新利用，以存储由风能、太阳能、水力发电或地热发电厂产生的多余电力。电动汽车电池还可以拆卸成更小的电池模块用于要求不高的用途，例如电动工具、叉车或电动踏板车。


新兴的梯次电池市场在技术、质控和实现方面并非毫无障碍。例如，当今的电动汽车电池使用电气线束来监测电池的充电状态。在重新部署电池之前必须全部拆除这些线束（以及其他线束），这样就会增加成本和设计复杂性。产品设计中考虑报废拆卸将成为一种发展趋势，其中设计人员可使用无线BMS（wBMS）技术来扩展硬连线的电池监测系统（BMS）。wBMS不仅可减小电动汽车的尺寸、重量和材料成本，还可以针对电池组实现更安全、更具可扩展性的机器人拆卸和组装过程。


电池管理监测系统解决方案提升电池的利用率

ADI提供业界领先技术，可实现准确的电池充电状态测量。ADI的BMS解决方案能够准确高效地管理LFP电池的充电状态需求，释放LFP电池对于该行业的潜在成本和安全特性优势，从而大大减轻汽车制造商的负担。此外，LFP电池能在更广泛的温度范围内提供更高的功率密度、更长的生命周期和更低的运行成本，因此非常适合储能应用等电池梯次利用场景。


最终，LFP电池将会降低购买电动汽车的价格壁垒，推动消费者购买电动汽车。目前，电池成本占电动汽车标价的51%。此外，摆脱对钴的严重依赖将推动该行业构建更合乎道德标准的供应链，而LFP电池的优势最终会帮助实现更环保的可持续电池生态系统，并提高电池梯次利用的效率。


据估计，电池梯次利用可使电池的使用寿命延长6至30年。但此期限最终取决于电池在首次应用期间的使用状况。如果wBMS技术能够在电池的整个生命周期内无接触采集电池数据，这些重要数据便可以整合到云中，并关联到电池的安全特性。


在确定让电池进入梯次利用之前，卖家可以使用这些数据生成健康状况历史记录，包括电池进行过多少次完全／部分充电和放电、该电动汽车是否曾发生过事故，并记录车辆的维修记录。此外，这种精细的健康状况监测也可以应用于逻辑上无法收集数据的地方，包括新电池或梯次利用电池的存放状况与运输过程。


在使用和再利用之后，所有电池最终都会被分解和回收。wBMS技术可以无接触地大批量表征库存信息，有助于快速制定再利用或回收决策。一旦决定了再利用还是回收，买卖双方可通过运用健康状况数据建立规范化的信任基础，并在达成销售价格之前公平地评估电池的价值。该行业甚至可制定一种评级标准，将使用较少的AAA级电池与维护不善的电池区分开来。

结语

电动汽车领域的发展突飞猛进，而在促进环保交通方面，电池将发挥关键的作用。当前汽车行业正在制定许多与环境和社会相关的举措，其中包括去掉电池化学成分中的钴，并减少铝、塑料等汽车材料生产的排放——所有这些都是为了实现零碳汽车。


通过进行电池和BMS设计思维的改变，将可提升电池的整体使用寿命，为创建具有环保可持续性和经济可行性的新市场渠道发挥重要的作用。因此，在不久的将来，将出现更为环保的电动汽车，且其中的电动汽车电池还会在梯次应用中重生，在未来的汽车、储能系统或其他应用中继续发挥它的作用。